DE102013114489B3 - Device for the thermal processing of a workpiece - Google Patents
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Abstract
Bekannte Vorrichtungen für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks weisen einen Arbeitstisch mit einer Auflagefläche für die Aufnahme des Werkstücks, eine Laserbearbeitungseinheit mit einem Laser-Bearbeitungskopf, eine Bewegungseinheit mit einem Maschinenportal zur Bewegung des Laser-Bearbeitungskopfs in einer Portal-Längsrichtung und einem Querwagen zur Bewegung des Laser-Schneidkopfs in einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung in einem vorgegebenen Arbeitsabstand zur Oberfläche des Werkstücks, sowie eine mit dem Laserschneidkopf in Längs- und Querrichtung bewegliche Schutzhaube auf. Um hiervon ausgehend eine Vorrichtung anzugeben, die eine hohe Maschinendynamik ermöglicht und gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit für das Bedienpersonal gewährleistet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass mit dem Arbeitstisch mindestens eine in Querrichtung verlaufende, stationäre Strahlfangeinrichtung verbunden ist, die in Bezug auf die Auflagefläche derart verkippbar oder versenkbar ist, dass sie die Auflagefläche maximal in der Arbeitshöhe überragt.Known devices for the thermal processing of a workpiece have a work table with a support surface for receiving the workpiece, a laser processing unit with a laser machining head, a moving unit with a machine gantry for moving the laser machining head in a gantry longitudinal direction and a transverse carriage for moving the Laser cutting head in a direction perpendicular to the longitudinal direction transverse direction at a predetermined working distance to the surface of the workpiece, as well as with the laser cutting head in the longitudinal and transverse direction movable protective hood. In order to indicate a device that enables high machine dynamics and at the same time ensures a high level of safety for the operating personnel, it is proposed according to the invention that at least one transversely extending, stationary beam catching device be connected to the workbench in such a way with respect to the support surface tiltable or retractable is that it surmounted the support surface maximum at the working height.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks mittels Laserstrahlung, aufweisend
- • einen Arbeitstisch mit einer Auflagefläche für die Aufnahme des Werkstücks,
- • eine Laserbearbeitungseinheit mit einem Laserbearbeitungskopf,
- • eine Bewegungseinheit mit einem Maschinenportal zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs in einer Portal-Längsrichtung und einem Querwagen zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs in einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung in einem vorgegebenen Arbeitsabstand zur Oberfläche des Werkstücks, und
- • eine mit dem Laserbearbeitungskopf in Längs- und Querrichtung bewegliche Schutzhaube.
- A work table with a support surface for receiving the workpiece,
- A laser processing unit with a laser processing head,
- A movement unit with a machine gantry for moving the laser processing head in a gantry longitudinal direction and a transverse carriage for moving the laser machining head in a direction perpendicular to the longitudinal direction transverse direction at a predetermined working distance to the surface of the workpiece, and
- • a protective cover that can be moved longitudinally and transversely with the laser processing head.
Thermische Bearbeitungsvorrichtungen im Sinne der Erfindung werden insbesondere zum Schneiden oder Schweißen von Werkstücken aus Metall mittels eines Laserstrahls eingesetzt. Sie weisen neben einer Lasereinheit mit einem Laser-Schneid- oder Schweißkopf eine Bewegungseinheit auf, die eine mindestens zweidimensionale Bewegung des Laserschneidkopfes über dem Werkstück ermöglicht.Thermal processing devices according to the invention are used in particular for cutting or welding workpieces made of metal by means of a laser beam. In addition to a laser unit with a laser cutting or welding head, they have a movement unit which permits an at least two-dimensional movement of the laser cutting head over the workpiece.
Stand der TechnikState of the art
Bei bekannten Vorrichtungen für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks ist als Bewegungseinheit häufig ein in einer Längsrichtung des Arbeitstisches bewegbares Maschinenportal vorgesehen. Die portalartige Struktur des Maschinenportals weist eine hohe mechanische Stabilität auf, so dass eine exakte und reproduzierbare Bewegung und Positionierung des Laserbearbeitungskopfs ermöglicht wird. Darüber hinaus ist mit dem Maschinenportal regelmäßig ein Querwagen verbunden, der eine Bewegung in einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung ermöglicht. Hierdurch kann der Laserbearbeitungskopf mittels der Bewegungseinheit über die gesamte Fläche des Arbeitstisches bewegt werden.In known devices for the thermal processing of a workpiece as a moving unit is often provided in a longitudinal direction of the work table movable machine portal. The portal-like structure of the machine portal has a high mechanical stability, so that an exact and reproducible movement and positioning of the laser processing head is made possible. In addition, a transverse carriage is regularly connected to the machine portal, which allows movement in a direction perpendicular to the longitudinal direction transverse direction. As a result, the laser processing head can be moved by means of the movement unit over the entire surface of the work table.
Laser, die für die thermische Bearbeitung von metallischen Werkstücken eingesetzt werden, weisen eine hohe Strahlungsleistung auf. Von ihnen geht grundsätzlich eine Gefahr für die Gesundheit des Bedienpersonals, und insbesondere für die Organe Haut und Augen aus. Beim Einsatz von Laser-Strahlung zum Schneiden von Werkstücken sind daher Schutzvorkehrungen zum Schutz des Bedienpersonals zu treffen.Lasers, which are used for the thermal treatment of metallic workpieces, have a high radiation power. In principle, they pose a risk to the health of operating personnel, and especially to the organs, skin and eyes. When using laser radiation for cutting workpieces, therefore, protective measures must be taken to protect the operating personnel.
Das Maß der Schutzvorkehrungen ist unter anderem von der Art des eingesetzten Lasers abhängig. Insbesondere beim Einsatz von Faserlasern, die in einem Wellenlängenbereich von 1.060 nm bis 1.070 nm emittieren, sind aufwendige Schutzmaßnahmen notwendig.The degree of protection depends, among other things, on the type of laser used. In particular, when using fiber lasers that emit in a wavelength range of 1060 nm to 1070 nm, elaborate protective measures are necessary.
Bei bekannten Laser-Bearbeitungsvorrichtungen sind daher häufig Volleinhausungen der gesamten Vorrichtung vorgesehen, die alle Seiten der Vorrichtung einschließlich deren Oberseite umgeben. Volleinhausungen haben den Vorteil, dass ein Strahlungs-Austritt weitgehend ausgeschlossen werden kann.Thus, in known laser processing devices, full housings of the entire device are often provided which surround all sides of the device, including the top thereof. Full enclosures have the advantage that a radiation leakage can be largely excluded.
Das Vorsehen einer Volleinhausung geht allerdings mit einigen Nachteilen einher. Bei einer Beladung der Vorrichtung muss das Werkstück zunächst in die Volleinhausung verbracht werden. Eine Öffnung der Volleinhausung ist regelmäßig nur bei einem vorübergehenden Stillstand der Maschine möglich. Darüber hinaus kann der gesamte Bearbeitungs- und Maschinenbereich der Vorrichtung nicht unmittelbar, sondern nur über innerhalb der Volleinhausung angeordnete Kameras eingesehen werden.The provision of a full housing, however, comes with some disadvantages. When loading the device, the workpiece must first be moved to the full housing. An opening of the full enclosure is regularly possible only with a temporary standstill of the machine. In addition, the entire processing and machine area of the device can not be viewed directly, but only via cameras located within the full housing.
Um diese Stillstandszeiten der Vorrichtung zu verringern und gleichzeitig einen hohes Maß an Sicherheit zu gewährleisten, wird in der
Aus der
Technische AufgabeTechnical task
Der Einsatz eines in Längsrichtung mitverfahrbaren äußeren Schutzgehäuses, das den Laser-Schneidkopf allseitig umgibt, geht mit einem hohen Gewicht einher, das bei einer Bewegung der Bewegungseinheit mitbewegt werden muss; das Gewicht verringert die erzielbare Maschinendynamik und kann darüber hinaus die exakte und reproduzierbare Bewegung des Laser-Schneidkopfes beeinträchtigen.The use of a longitudinally mitverfahrbaren outer protective housing, which surrounds the laser cutting head on all sides, is associated with a high weight, which must be moved with a movement of the moving unit; The weight reduces the achievable machine dynamics and can also affect the exact and reproducible movement of the laser cutting head.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Laserbearbeitungsvorrichtung anzugeben, die eine hohe Maschinendynamik ermöglicht und gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit für das Bedienpersonal gewährleistet.The invention is therefore based on the object to provide a laser processing device that allows high machine dynamics while ensuring a high level of security for the operator.
Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit dem Arbeitstisch zumindest eine mindestens in Querrichtung verlaufende Strahlfangeinrichtung verbunden ist, die in Bezug auf die Auflagefläche derart verkippbar oder versenkbar ist, dass der Laserbearbeitungskopf über die Strahlfangeinrichtung verfahrbar ist.This object is achieved on the basis of a device for the thermal processing of a workpiece of the type mentioned in the present invention that is connected to the work table at least one extending at least in the transverse direction beam catching device that is so tilted or retractable in relation to the support surface that the laser processing head is movable over the beam catcher.
Bei bekannten Vorrichtungen für die thermische Bearbeitung eines Werkstücks wird ein Schutz des Bedienpersonals dadurch gewährleistet, dass die Schutzeinrichtung zwei Elemente umfasst. Bei diesen Vorrichtungen ist der Laserbearbeitungskopf einerseits mit einer mit dem Querwagen mitbewegbaren inneren Schutzabdeckung versehen, die andererseits von einem in Längsrichtung mitverfahrbaren äußeren Schutzgehäuse allseitig umschlossen ist.In known devices for the thermal processing of a workpiece protection of the operator is ensured by the fact that the protective device comprises two elements. In these devices, the laser processing head is provided on the one hand with a mitbewegbaren with the cross car inner protective cover, on the other hand, is enclosed on all sides by a mitverfahrbaren in the longitudinal direction outer protective housing.
Die innere Schutzabdeckung wird bei einer Bewegung zusammen mit dem am Querwagen gehalterten Laserbearbeitungskopf bewegt. Um dabei eine gute Bewegbarkeit des Laserbearbeitungskopfes zu gewährleisten und insbesondere eine Kollision zwischen der inneren Schutzabdeckung und dem Werkstück zu vermeiden, ist es notwendig, dass zwischen der inneren Schutzabdeckung und der Werkstückoberfläche ein gewisser Spalt verbleibt.The inner protective cover is moved in one movement together with the laser processing head supported on the cross carriage. In order to ensure good mobility of the laser processing head and in particular to avoid a collision between the inner protective cover and the workpiece, it is necessary that a certain gap remains between the inner protective cover and the workpiece surface.
Da dieser Spalt für Laser-Strahlung durchlässig ist, ist der Laserbearbeitungskopf und die innere Schutzabdeckung in dem äußeren Schutzgehäuse angeordnet. Dieses ist regelmäßig allseitig umschlossen, um ein Austreten von Strahlung möglichst effektiv zu verhindern. Das äußere Schutzgehäuse muss allerdings bei einer Bewegung des Laserbearbeitungskopfes regelmäßig mitbewegt werden. Insbesondere ein äußeres Schutzgehäuse, das den Laserbearbeitungskopf allseitig umschließt, weist ein hohes Gewicht auf, und kann daher die Maschinendynamik beeinträchtigen.Since this gap is transparent to laser radiation, the laser processing head and the inner protective cover are arranged in the outer protective housing. This is regularly enclosed on all sides to prevent the escape of radiation as effectively as possible. However, the outer protective housing must be moved regularly during a movement of the laser processing head. In particular, an outer protective housing, which surrounds the laser processing head on all sides, has a high weight, and therefore may affect the machine dynamics.
Im Unterschied hierzu sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwei Modifikationen vorgesehen, von denen die eine das Vorsehen einer Strahlfangeinrichtung und die andere den Einsatz einer Schutzhaube betrifft, die den Laserbearbeitungskopf umgibt. Die Schutzhaube umgibt den Laserbearbeitungskopf insbesondere nach oben und an den Seiten. Dadurch wird unmittelbar am Laserbearbeitungskopf bereits ein Großteil austretender Laserstrahlung abgefangen, so dass etwaige andere Strahlschutzmaßnahmen weniger aufwändig sein müssen, wie etwa eine weitere, die innere Schutzhaube umgebende, äußere Schutzhaube, die gegebenenfalls nach oben offen bleiben kann.In contrast, two modifications are provided in the device according to the invention, one of which relates to the provision of a beam-catching device and the other relates to the use of a protective hood which surrounds the laser processing head. The protective hood surrounds the laser processing head in particular upwards and at the sides. As a result, a large portion of emerging laser radiation is already intercepted directly at the laser processing head, so that any other radiation protection measures must be less complex, such as another, the inner protective cover surrounding outer protective hood, which may remain open at the top.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß eine „stationäre” Strahlfangeinrichtung vorgesehen, die mit dem Arbeitstisch verbunden ist, beispielsweise in Form eines Schutzblechs. Unter dem Begriff „stationär” wird in Bezug auf die Strahlfangeinrichtung eine Anordnung derselben verstanden, bei der die Strahlfangeinrichtung bei einer Bewegung der Bewegungseinheit nicht zusammen mit der Bewegungseinheit bewegt wird. Die „stationäre” Strahlfangeinrichtung ist mindestens an einer Seite mit dem Arbeitstisch mechanisch verbunden und zwar vorzugsweise mit dessen parallel zum Maschinenportal verlaufender Vorderseite. Im einfachsten Fall wird die mechanische Verbindung durch einfachen Kontakt zwischen Strahlfangeinrichtung und Arbeitstisch sichergestellt. Zwar ist es möglich, auch darauf zu verzichten, jedoch ist dies nicht bevorzugt, da gegebenenfalls ein für Laserstrahlung offener Spalt zwischen Strahlfangeinrichtung und Arbeitstisch entsteht.In addition, a "stationary" beam catcher is provided according to the invention, which is connected to the work table, for example in the form of a mudguard. The term "stationary" is understood to mean an arrangement of the beam-catching device in which the beam-catching device is not moved together with the moving unit during a movement of the moving unit. The "stationary" beam catcher is mechanically connected at least on one side to the work table, preferably with its front side running parallel to the machine portal. In the simplest case, the mechanical connection is made by simple contact between beam catcher and work table ensured. Although it is possible to dispense with this, but this is not preferred, since, if necessary, a gap open between laser beam and work table for laser radiation arises.
Die „stationäre” Strahlfangeinrichtung ist demnach mit dem Arbeitstisch so verbunden, dass sich mindestens in Querrichtung erstreckt, vorzugsweise umgibt sie den Arbeitstisch jedoch allseitig und ist besonders bevorzugt auch allseitig mit dem Arbeitstisch verbunden.The "stationary" beam catcher is thus connected to the work table so that extends at least in the transverse direction, but preferably surrounds the work table on all sides and is particularly preferably also connected on all sides with the work table.
Da aus dem Spalt zwischen Schutzhaube und Werkstückoberfläche vor allem reflektierte Laser-Strahlung oder Streustrahlung mit einem – bezogen auf die Werkstückoberfläche – flachen Reflexionswinkel austritt, kann diese Strahlung mittels der Strahlfangeinrichtung im Sinne der Erfindung einfach eingefangen werden. Hierzu ist es notwendig, dass die Strahlfangeinrichtung die Werkstück-Oberfläche beziehungsweise Auflagefläche überragt.Since, in particular, reflected laser radiation or scattered radiation emerges from the gap between the protective hood and the workpiece surface with a flat reflection angle relative to the workpiece surface, this radiation can easily be captured by means of the beam catching device in the sense of the invention. For this purpose, it is necessary that the beam catching device projects beyond the workpiece surface or bearing surface.
Die Mindesthöhe, in der die Strahlfangeinrichtung die Werkstück-Oberfläche überragen sollte, um eine effektiven Schutz zu gewährleisten ist, lässt sich beispielsweise anhand der nachfolgenden Gleichung ermitteln: The minimum height at which the beam catcher should project beyond the workpiece surface for effective protection can be determined, for example, by the following equation:
Dabei ist:
- hSE:
- die Mindesthöhe der Strahlfangeinrichtung,
- hSp:
- die Höhe des Spalts zwischen Auflagefläche und Schutzeinrichtung,
- Amax,(Laser-SE):
- der maximal einstellbare Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche und Strahlfangeinrichtung, und
- A(Laser-Sp)
- der Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche und dem Spalt zwischen Werkstückoberfläche und Schutzeinrichtung.
- h SE :
- the minimum height of the beam-catching device,
- h Sp :
- the height of the gap between the bearing surface and the protective device,
- A max, (laser SE) :
- the maximum adjustable distance between the point of impact of the laser beam on the workpiece surface and beam catcher, and
- A (laser sp)
- the distance between the point of impact of the laser beam on the workpiece surface and the gap between the workpiece surface and the protective device.
Der freie Arbeitsabstand ist der kleinste Abstand des Laserbearbeitungskopfes zur Auflagefläche. Bei Einhaltung des freien Arbeitsabstands wird – sofern nicht behindert durch etwaige starre Bestandteile der beweglichen Schutzhaube – eine ungestörte Bewegung des Laserbearbeitungskopfes und der ihn umgebenden Schutzhaube über die gesamte Auflagefläche des Arbeitstisches gewährleistet.The free working distance is the smallest distance of the laser processing head to the support surface. In compliance with the free working distance - unless undermined by any rigid components of the movable guard - undisturbed movement of the laser processing head and the surrounding protective cover over the entire bearing surface of the work table guaranteed.
Die Höhe der Strahlfangeinrichtung ist größer als der Arbeitsabstand zwischen Laser-Bearbeitungseinheit und Auflagefläche, so dass das Strahlfangblech einer Bewegung der Bearbeitungseinheit beziehungsweise des Laserbearbeitungskopfes über die Strahlfangeinrichtung entgegensteht. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Strahlfangeinrichtung auf einer Höhe kleiner als der Arbeitsabstand verkippt oder versenkt werden kann. Im verkippten beziehungsweise versenkten Zustand, weist die Strahlfangeinrichtung bezogen auf die Auflagefläche eine Höhe auf, die geringer als der Arbeitsabstand zwischen Laser-Bearbeitungseinheit und Auflagefläche ist. Hierdurch wird im verkippten oder versenkten Zustand eine freie Bewegung des Laserbearbeitungskopfes über die gesamte Auflagefläche des Arbeitstisches ermöglicht.The height of the beam catcher is greater than the working distance between the laser processing unit and the support surface, so that the beam catcher plate opposes a movement of the processing unit or the laser processing head on the beam catcher. Therefore, the invention provides that the beam catcher can be tilted or sunk at a height less than the working distance. In the tilted or recessed state, the beam-catching device has a height relative to the support surface that is less than the working distance between the laser-processing unit and the support surface. In this way, a free movement of the laser processing head over the entire support surface of the work table is made possible in the tilted or recessed state.
Die Strahlfangeinrichtung ist dabei so dimensioniert, dass sie in Bezug auf die Auflagefläche derart verkippbar oder versenkbar ist, dass sie im versenkten oder verkippten Zustand die Auflagefläche in einer Höhe überragt, die geringer ist als der Arbeitsabstand zwischen Laserbearbeitungseinheit und Auflagefläche.The beam-catching device is dimensioned such that it is tiltable or retractable with respect to the support surface in such a way that, in the recessed or tilted state, it projects beyond the support surface at a height which is less than the working distance between the laser processing unit and the support surface.
Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn die Strahlfangeinrichtung einen mit dem Arbeitstisch verbundenen unteren Endabschnitt und einen den Arbeitstisch überragenden oberen Endabschnitt aufweist, wobei der obere Endabschnitt der Strahlfangeinrichtung um einen Winkel im Bereich von 80° bis 180°, vorzugsweise um einen Winkel von 90°, gegenüber dem unteren Endabschnitt in Richtung auf die Laserbearbeitungseinheit abgewinkelt ist.A further improvement results when the beam-catching device has a lower end section connected to the work table and an upper end section projecting above the work table, wherein the upper end section of the beam-catching device is at an angle in the range of 80 ° to 180 °, preferably at an angle of 90 ° , is angled relative to the lower end portion in the direction of the laser processing unit.
Die abgewinkelte Strahlfangeinrichtung fängt die darauf auftreffende Strahlung besonders effektiv auf. Bei einer Abwinklung der Strahlfangeinrichtung von weniger als 80° oder mehr als 180° verliert sich deren Effektivität.The angled beam catcher catches the radiation impinging thereon particularly effectively. At an angle of the beam catcher of less than 80 ° or more than 180 ° loses their effectiveness.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Strahlfangeinrichtung ein Y- oder T-förmiges Profil aufweist.It has proved to be advantageous if the beam catching device has a Y- or T-shaped profile.
Strahlfangeinrichtungen mit einem Y- oder T-förmigen Profil zeigen gute Strahlfangeigenschaften unabhängig von der Seite, von der die Strahlung auf die Strahlfangeinrichtung auftrifft. Die Strahlfangeinrichtungen können an einem Ende des Arbeitstisches oder im Mittenbereich des Arbeitstisches angeordnet sein. Von einer im Mittenbereich des Arbeitstisches angeordneten Strahlfangeinrichtung wird die Auflagefläche des Arbeitstisches grundsätzlich in zwei voneinander getrennte Arbeitsbereiche unterteilt. Dabei hat es sich besonders bewährt, wenn die im Mittenbereich angeordneten Strahlfangeinrichtungen ein Y- oder T-förmiges Profil aufweisen. Hierdurch wird unabhängig davon, welchem Arbeitsbereich der Laser-Schneidkopf gerade zugeordnet ist, eine ausreichende Funktion der Strahlfangeinrichtungen gewährleistet. Beam-catching devices with a Y- or T-shaped profile show good beam-tracing characteristics regardless of the side from which the radiation impinges on the beam-catching device. The beam-catching devices can be arranged at one end of the work table or in the middle region of the work table. From a beam catcher arranged in the middle region of the work table, the support surface of the work table is basically subdivided into two separate work areas. It has proven particularly useful if the beam catching devices arranged in the middle region have a Y-shaped or T-shaped profile. As a result, regardless of which working area the laser cutting head is currently assigned, a sufficient function of the beam catching devices is ensured.
Vorzugsweise ist die Strahlfangeinrichtung aus Stahl oder Aluminium gefertigt und weist eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 5 mm auf.Preferably, the beam catcher is made of steel or aluminum and has a thickness in the range of 1 mm to 5 mm.
Eine aus Stahl oder Aluminium gefertigte Strahlfangeinrichtung weist eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber auftreffender Laserstrahlung auf. Insbesondere die Dicke der Strahlfangeinrichtung beeinflusst deren Widerstandsfähigkeit; sie hat darüber hinaus Einfluss auf die mechanische Stabilität der Strahlfangeinrichtung. Eine Strahlfangeinrichtung mit einer Dicke von weniger als 1 mm weist eine geringe mechanische Stabilität auf und kann der auftreffenden Laser-Strahlung nur begrenzt standhalten. Eine Strahlfangeinrichtung mit einer Dicke von mehr als 5 mm geht mit hohen Herstellungskosten für die Vorrichtung einher.A beam catcher made of steel or aluminum has a high resistance to incident laser radiation. In particular, the thickness of the beam catcher affects their resistance; It also has an influence on the mechanical stability of the beam catcher. A beam-catching device with a thickness of less than 1 mm has a low mechanical stability and can withstand the incident laser radiation only to a limited extent. A beam-catching device with a thickness of more than 5 mm is associated with high manufacturing costs for the device.
In einer anderen, bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur Abteilung mehrerer Arbeitsbereiche auf der Auflagefläche eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Strahlfangeinrichtungen mit dem Arbeitstisch verbunden.In another, preferred embodiment of the device according to the invention a plurality of spaced apart beam catcher is connected to the work table for the division of several work areas on the support surface.
Mehrere Strahlfangeinrichtungen ermöglichen eine Unterteilung der Auflagefläche in mehrere, voneinander getrennte Arbeitsbereiche, die jeweils mit einem Werkstück versehen werden können. Der Arbeitsbereich, dem der Laser-Schneidkopf zugeordnet ist, wird als Bearbeitungsbereich bezeichnet. Durch die Strahlfangeinrichtung und die Schutzhaube wird für jede Zuordnung des Laser-Schneidkopfes zu einem Arbeitsbereich ein so guter Laser-Schutz gewährleistet, dass während einer Bearbeitung eines ersten Werkstücks im Bearbeitungsbereich eine gleichzeitige Beladung der anderen Arbeitsbereiche ermöglicht wird.Several beam catching devices allow a subdivision of the support surface into a plurality of separate work areas, each of which can be provided with a workpiece. The work area to which the laser cutting head is assigned is called a machining area. By the beam catcher and the guard for each assignment of the laser cutting head to a work area such a good laser protection ensures that during processing of a first workpiece in the processing area simultaneous loading of other work areas is possible.
Es hat sich bewährt, wenn die Strahlfangeinrichtungen parallel zueinander verlaufen, und wenn benachbarte Strahlfangeinrichtungen einen Abstand im Bereich von 4000 mm bis 20000 mm zueinander aufweisen.It has proved useful if the beam-catching devices run parallel to one another, and if adjacent beam-catching devices have a spacing in the range of 4000 mm to 20,000 mm from each other.
Strahlfangeinrichtungen, die parallel zueinander verlaufen, legen einen quadratischen oder rechteckigen Arbeitsbereich auf der Auflagefläche fest; Bei einer anderen bevorzugten Modifikation der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Maschinenportal eine in Querrichtung verlaufende Brücke mit einer dem Querwagen zugewandten und einer dem Querwagen abgewandten Seite umfasst, und dass der Schutzhaube auf der dem Querwagen zugewandten Seite ein sich vollständig in Querrichtung der Auflagefläche erstreckendes Abschirmelement vorgeordnet ist, das mit dem Maschinenportal in Längsrichtung bewegbar ist.Beam catching devices running parallel to each other define a square or rectangular working area on the support surface; In another preferred modification of the device, it is provided that the machine gantry comprises a transverse bridge with a side facing the transverse carriage and a side facing away from the transverse carriage, and that the protective hood on the side facing the transverse carriage is a shielding element extending completely in the transverse direction of the support surface upstream, which is movable with the machine portal in the longitudinal direction.
Im Gegensatz zu einer allseitigen Einhausung weist ein Abschirmelement ein geringeres Gewicht auf. Gleichzeitig zeigt ein Abschirmelement eine gute Abschirmwirkung für austretende Laserstrahlung und trägt zu einem hohen Maß an Sicherheit für das Bedienpersonal der Vorrichtung bei.In contrast to an all-round housing, a shielding element has a lower weight. At the same time, a shielding element exhibits a good shielding effect for emerging laser radiation and contributes to a high degree of safety for the operating personnel of the device.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Abschirmelement sich zumindest teilweise senkrecht zur Auflagefläche erstreckt und eine Abwinklung in Richtung der Laserbearbeitungseinheit in einem Winkelbereich von 100° bis 175° aufweist.It has proved to be advantageous if the shielding element extends at least partially perpendicular to the support surface and has an angling in the direction of the laser processing unit in an angular range of 100 ° to 175 °.
Ein abgewinkeltes Abschirmelement zeigt darüber hinaus eine verbesserte Abschirmwirkung gegenüber einem nichtabgewinkelten Abschirmelement. Es hat sich gezeigt, dass eine gute Abschirmwirkung insbesondere mit einer Abwinklung im oben genannten Winkelbereich erzielt werden kann. Die Abwinklung trägt darüber hinaus zu einer mechanischen Stabilisierung des Abschirmelements bei. Um die mechanische Stabilität des Abschirmelementes zu erhöhen, kann das Abschirmelement darüber hinaus mit einer Falz oder einer Sicke versehen sein.An angled shield also exhibits an improved shielding effect over a non-angled shield. It has been shown that a good shielding effect can be achieved, in particular with an angling in the abovementioned angular range. The bend also contributes to a mechanical stabilization of the shielding. In order to increase the mechanical stability of the shielding element, the shielding element may also be provided with a fold or a bead.
Eine weitere Modifikation der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Maschinenportal eine in Querrichtung verlaufende Brücke mit einer dem Querwagen zugewandten und einer dem Querwagen abgewandten Seite umfasst, und dass die bewegliche Schutzhaube auf ihrer der Brücke zugewandten Rückseite offen ausgeführt ist, wobei der offenen Rückseite eine sich vollständig in Querrichtung der Auflagefläche erstreckende und parallel zur Brücke verlaufende zusätzliche Schutzwand zugeordnet ist.A further modification of the device according to the invention provides that the machine gantry comprises a transverse bridge with a side facing the transverse carriage and a side facing away from the transverse carriage, and in that the movable protective hood faces the bridge on its side Rear side is designed to be open, wherein the open back is associated with a completely extending in the transverse direction of the support surface and extending parallel to the bridge additional protective wall.
Dadurch, dass die Schutzhaube an ihrer Rückseite offen ausgeführt ist, kann das Gewicht der Schutzhaube reduziert werden, das bei einer Bewegung des Querwagens bewegt werden muss. Hierdurch werden eine hohe Maschinendynamik und eine exakte und reproduzierbare Einstellung des Querwagens ermöglicht. Um gleichzeitig eine ausreichende Abschirmwirkung zu erzielen, ist eine parallel zur Brücke verlaufende zusätzliche Schutzwand vorgesehen, die zusammen mit dem Maschinenportal in Längsrichtung bewegt wird.The fact that the protective hood is designed to be open at the back, the weight of the guard can be reduced, which must be moved during a movement of the cross carriage. This allows a high machine dynamics and an exact and reproducible adjustment of the transverse carriage. In order to achieve a sufficient shielding effect at the same time, an additional protective wall extending parallel to the bridge is provided, which is moved longitudinally together with the machine portal.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Laserbearbeitungseinheit einen Faserlaser mit einer Emissionswellenlänge im Bereich von 1.060 nm bis 1.080 nm auf.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the laser processing unit has a fiber laser with an emission wavelength in the range of 1060 nm to 1080 nm.
Die Grenzwerte für Laserstrahlung im sichtbaren und im NIR-Bereich liegen wesentlich niedriger als für andere optische Strahlung. Insbesondere beim Einsatz von Faserlasern, die im oben genannten Bereich emittieren, ist ein umfangreicher Strahlungs-Schutz, wie ihn die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet, notwendig.The limits for laser radiation in the visible and in the NIR range are much lower than for other optical radiation. In particular, when using fiber lasers that emit in the above range, extensive radiation protection, as guaranteed by the device according to the invention, is necessary.
Es hat sich bewährt, wenn das Abschirmelement und/oder die Schutzwand an ihrer Unterseite einen Vorhang aufweisen der einen Spalt zur Werkstückoberfläche abdichtet.It has proven useful if the shielding element and / or the protective wall have on their underside a curtain which seals a gap to the workpiece surface.
Ein Vorhang trägt zur effektiven Abdichtung eines zwischen Werkstückoberfläche und Vorrichtung verbliebenen Spalts bei. Ein solcher Vorhang ist während des Betriebs hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt; es hat sich daher bewährt, wenn der Vorhang eine hohe mechanische Stabilität aufweist. Darüber hinaus muss der Vorhang eine gewisse Flexibilität aufweisen, um eine ausreichende Abdichtung des Spalts zu gewährleisten.A curtain contributes to the effective sealing of a gap remaining between the workpiece surface and the device. Such a curtain is subjected to high mechanical stresses during operation; It has therefore proven useful when the curtain has a high mechanical stability. In addition, the curtain must have some flexibility to ensure adequate sealing of the gap.
In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Vorhang aus einem flexiblen Gewebe gefertigt ist, in das ein an einen Sicherheitskreis angeschlossener Metalldraht eingearbeitet ist.In this context, it has proven to be advantageous if the curtain is made of a flexible fabric, in which a connected to a safety circuit metal wire is incorporated.
Ein Gewebe weist eine hohe mechanische Stabilität und eine gute Flexibilität auf. Allerdings wird auch ein solcher Vorhang mit zunehmender Einsatzdauer stark beansprucht. Um zu vermeiden, dass die Vorrichtung mit einem beschädigten Vorhang betrieben wird, ist in den Vorhang ein Metalldraht eingearbeitet, der an einen elektrischen Sicherheitskreis angeschlossen ist. Eine Beschädigung des Gewebes geht regelmäßig mit einer Beschädigung des Metalldrahtes einher. Hierbei wird der Sicherheitskreis unterbrochen, so dass die Beschädigung des Vorhangs einfach detektiert werden kann.A fabric has a high mechanical stability and good flexibility. However, even such a curtain is heavily used with increasing duration of use. In order to avoid that the device is operated with a damaged curtain, a metal wire is incorporated into the curtain, which is connected to an electrical safety circuit. Damage to the fabric is regularly accompanied by damage to the metal wire. In this case, the safety circuit is interrupted, so that the damage of the curtain can be easily detected.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn der Vorhang mehrere nebeneinander und seitlich versetzt hintereinander angeordnete Gewebestücke mit jeweils einem an einen Sicherheitskreis angeschlossenen Metalldraht umfasst.Furthermore, it has proven useful if the curtain comprises a plurality of side by side and laterally offset successively arranged pieces of tissue, each with a metal wire connected to a safety circuit.
Mehrere nebeneinander und seitlich versetzt hintereinander angeordnete Gewebestücke erhöhen die Sperrwirkung des Vorhangs für auftreffende Strahlung. Dadurch, dass die Gewebestücke jeweils an einen Sicherheitskreis angeschlossen sind, lassen sich auch kleinere Beschädigungen des Vorhangs einfach und schnell detektieren und lokalisieren.Several side by side and laterally offset successively arranged tissue pieces increase the barrier effect of the curtain for incident radiation. The fact that the tissue pieces are each connected to a safety circuit, smaller damage to the curtain can be detected and located easily and quickly.
Ausführungsbeispielembodiment
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und vier Figuren näher beschrieben. Im Einzelnen zeigt in schematischer Darstellung:The invention will be described in more detail with reference to embodiments and four figures. In detail shows in a schematic representation:
Sie umfasst einen Arbeitstisch mit einer Auflagefläche von (L × B) 4000 mm × 12.000 mm (in
Um während des Schneidprozesses ein Austreten von Laserstrahlung zu vermeiden, weist die Laserschneidmaschine mehrere Strahlungs-Schutzeinrichtungen auf. So ist der Laser-Schneidkopf
Um darüber hinaus eine effektive Schutzeinhausung des Laser-Schneidkopfes zu gewährleisten, ist der dem Querwagen abgewandten Seite des Maschinenportals
Weiterhin ist der Schutzhaube
Dadurch, dass sowohl die Schutzhaube
Besonders wirkungsvoll wird ein unerwünschtes Austreten von Laserstrahlung durch eine mit Arbeitstisch verbundene Strahlfangeinrichtung in Form des Strahlfangblechs
Die Höhe des Strahlfangblechs
Das Strahlfangblech
Der Laserschneidkopf ist in Richtung
Der Arbeitstisch
Zur Abschirmung aus der Schutzeinhausung austretender Strahlung ist ferner mit dem Arbeitstisch ein Strahlfangblech
Das mit „A” bezeichnete Strahlfangblech
In
Die Vorrichtung
Durch die Strahlfangbleche
Dadurch, dass mehrere Arbeitsbereiche vorgesehen sind, wird eine Bearbeitung eines Werkstücks in einem ersten Arbeitsbereich, beispielsweise in Teilfläche C, ermöglicht und gleichzeitig eine Beladung einer anderen Teilfläche (beispielsweise A, B oder D) mit einem neuen Werkstück ermöglicht.Characterized in that a plurality of work areas are provided, a machining of a workpiece in a first work area, for example in part C, allows and at the same time allows loading of another part surface (for example A, B or D) with a new workpiece.
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung ein in Längsrichtung
Die Strahlfangbleche
Der Vorhang
Die Gewebstücke
Verschleißt das Gewebe, beispielsweise in Folge von mechanischer Beanspruchung oder Alterung, wird damit auch der Metalldraht beschädigt, so dass der Sicherheitskreis unterbrochen wird. Hierdurch wird eine einfache Detektion eines beschädigten Gewebes ermöglicht.If the fabric is worn, for example as a result of mechanical stress or aging, the metal wire is also damaged so that the safety circuit is interrupted. This allows easy detection of damaged tissue.
Um eine gute Bewegbarkeit der Laserbearbeitungseinheit zu gewährleisten, verbleibt zwischen dem unteren Ende des Vorhangs und dem Werkstück ein Spalt, durch den Strahlung aus der Schutzhaube austreten kann. Die Höhe des Spalts hSp, der Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche und der Strahlfangeinrichtung A(Laser-SE) und der Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Laserstrahls und dem Spalt A(Laser-Sp) legen die Mindesthöhe der Strahlfangeinrichtung hSE fest.In order to ensure good mobility of the laser processing unit, a gap remains between the lower end of the curtain and the workpiece through which radiation can escape from the protective hood. The height of the gap h Sp , the distance between the point of impact of the laser beam on the workpiece surface and the beam catcher A (laser SE) and the distance between the point of impact of the laser beam and the gap A (laser Sp) set the minimum height of the beam catcher h SE firmly.
Die Arbeitshöhe hArbeit,II der Strahlfangeinrichtung ist größer als der freie Arbeitsabstand zwischen Laserbearbeitungseinheit und Auflagefläche (hArbeit > hfrei):
Es gilt:
- hfrei:
- freier Arbeitsabstand zwischen Laserbearbeitungseinheit und Auflagefläche,
- hmax:
- freier Abstand zwischen Laserbearbeitungseinheit und Werkstückoberfläche,
- hW:
- Höhe des Werkstücks,
The working height h work, II of the beam-catching device is greater than the free working distance between laser processing unit and bearing surface (h work > h free ):
The following applies:
- h free :
- free working distance between laser processing unit and support surface,
- h max :
- free distance between laser processing unit and workpiece surface,
- h W :
- Height of the workpiece,
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