DE202004021568U1

DE202004021568U1 - robot

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Publication number: DE202004021568U1
Application number: DE202004021568U
Authority: DE
Original assignee: ROBOT TECHNOLOGY GmbH; ROBOT-TECHNOLOGY GmbH
Current assignee: ROBOT TECHNOLOGY GmbH; ROBOT-TECHNOLOGY GmbH
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2014-10-21
Also published as: DE102004051225B4; DE102004051225A1; DE102004051225C5

Abstract

Roboter, der mit einem Laser zur Ausstrahlung eines Laserstrahls (4) zur Bearbeitung von Werkstücken ausgerüstet ist und eine Roboterhand (1) mit zumindest einer Handachse (8) mit zumindest einem Spiegel (9) zur Umlenkung des Laserstrahls (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Roboterhand (1) ein Scanner (2) mit zumindest zwei zumindest abschnittsweise unabhängig voneinander beweglichen Scannerspiegeln (10, 11) derart integriert ist, dass der hintere Scannerspiegel (10) im wesentlichen in der oder in Verlängerung der hinter dem Scanner (2) befindlichen Handachse (8) angeordnet ist, wobei der Laserstrahl (4) von dem hinteren Scannerspiegel (10) aus der hinter dem Scanner (2) befindlichen Handachse (8) herausgespiegelt ist.Robot, which is equipped with a laser for emitting a laser beam (4) for processing workpieces and a robot hand (1) with at least one hand axis (8) with at least one mirror (9) for deflecting the laser beam (4), characterized in that in the robot hand (1) a scanner (2) with at least two scanner mirrors (10, 11), which are movable independently of one another at least in sections, is integrated in such a way that the rear scanner mirror (10) substantially in or in extension behind the scanner (10). 2) located hand axis (8) is arranged, wherein the laser beam (4) of the rear scanner mirror (10) from the behind the scanner (2) located hand axis (8) is mirrored out.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roboter, der mit einem Laser zur Ausstrahlung eines Laserstrahls zur Bearbeitung von Werkstücken ausgerüstet ist und eine Roboterhand mit zumindest einer Handachse mit zumindest einem Spiegel zur Umlenkung des Laserstrahls.The The invention relates to a robot equipped with a laser for broadcasting a laser beam is equipped for machining workpieces and a robot hand with at least one hand axis with at least one mirror for deflection of the laser beam.

Roboter zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlung weisen regelmäßig mehrere Achsen auf, durch die Bewegungen gesteuert ausgeführt werden können. Bekannt ist es, Scanner im Standbetrieb zum Schweißen einzusetzen. Beim Schweißen mit Scanner wird ein langbrennweitig fokussierter Laserstrahl frei über das Werkstück gelenkt.robot for machining workpieces by means of Laser radiation regularly has several axes on, controlled by the movements can be performed. Known is to use scanners in stand mode for welding. When welding with Scanner is a long focal length focused laser beam freely over the workpiece directed.

Als nachteilig erweist es sich, dass entweder nur ein stationärer Betrieb möglich ist, oder sich bei Montage auf einem Roboter große Störradien bei der Verschwenkung während der Bearbeitung ergeben.When disadvantageous it turns out that either only a stationary operation possible is, or when mounted on a robot large Störradien when pivoting while the processing result.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Roboter anzugeben, der schnell und präzise auch komplexe Strahlwege auf dem Werkstück abfahren kann, wobei er zugleich einen kompakten Aufbau besitzt.The The object of the present invention is to specify a robot the fast and accurate can also run complex beam paths on the workpiece, where he at the same time has a compact structure.

Die Aufgabe wird unter Einbeziehung der Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Roboterhand ein Scanner mit zumindest zwei zumindest abschnittsweise unabhängig voneinander beweglichen Scannerspiegeln derart integriert ist, dass der hintere Scannerspiegel im wesentlichen in der oder in Verlängerung der hinter dem Scanner befindlichen Handachse angeord net ist, wobei der Laserstrahl von dem hinteren Scannerspiegel aus der hinter dem Scanner befindlichen Handachse herausgespiegelt ist.The Task is taking into account the characteristics of the preamble of the Claim 1 according to the invention thereby solved, that in the robot hand a scanner with at least two at least partially independent mutually movable scanner mirrors is integrated so that the rear scanner mirror substantially in or at extension the behind the scanner located hand axis is angeord net, wherein the laser beam from the rear scanner mirror out from behind the scanner is flipped out located hand axis.

Die Roboterhand ist über eine oder mehrere Handachsen verschwenkbar und verfügt über eine Spiegelleitvorrichtung für die Weiterleitung des Laserstrahls bis zu einem Laserausgangsbereich aus der Roboterhand. Erfindungsgemäß ist in die Roboterhand nunmehr ein Scanner integriert. Der Scanner weist zumindest zwei gut bewegliche Scannerspiegel auf, die beispielsweise mittels einer Ansteuerung sehr präzise und schnell verfahren werden können. Im Scanner wird der Laserstrahl somit nach der Einleitung nach Bedarf verschwenkt und aus dem Laserausgangsbereich des Scanners, der auch den Laserausgangsbereich der Roboterhand bildet, ausgestrahlt.The Robotic hand is over one or more hand axes pivotable and has a mirror wire device for the Transmission of the laser beam up to a laser output range from the robot hand. According to the invention is now in the robot hand a scanner integrated. The scanner has at least two easily movable Scanner mirror on, for example, by means of a very precise and can be moved quickly. in the Scanner is thus the laser beam after the introduction as needed pivoted and out of the laser output range of the scanner, too the laser output area of the robot hand forms, radiated.

Der Laserstrahl wird dabei aus einer – vom Austrittspunkt des Laserstrahls aus der Roboterhand betrachtet hinter dem Scanner angeordneten – Handachse heraus nahezu unmittelbar auf den – wiederum vom Austrittspunkt des Laserstrahls aus der Roboterhand aus betrachtet – hinteren Scannerspiegel geleitet. Durch den hinteren Spiegel der Handachse wird der Laserstrahl somit direkt aus dem vorhergehenden Laserweg in die Handachse eingeleitet und zugleich anschließend auf sehr kurzem Wege auf den hinteren Scannerspiegel.Of the Laser beam is from a - from the exit point of the laser beam viewed from the robot hand arranged behind the scanner - hand axis out almost immediately on the - again from the exit point of the laser beam viewed from the robot hand - rear Passed a scanner mirror. Through the rear mirror of the hand axis becomes the laser beam thus directly from the previous laser path in the hand axis initiated and at the same time then on very short ways on the rear scanner mirror.

Im Stand der Technik ist üblicherweise ein zweiter, vorderer Spiegel in der bezeichneten Handachse der Roboterhand zur Ausleitung des Laserstrahls zu einer Laserausgangsdüse aus der Roboterhand notwendig. Dieser vordere Spiegel ist im Stand der Technik nur verhältnismäßig langsam zusammen mit dem als hinteren Spiegel der Handachse in einer Einheit mit dem Handachsenantrieb zu verfahren. Der hintere Scannerspiegel übernimmt somit erfindungsgemäß einerseits die Funktion dieses vorderen, sonst notwendigen Spiegel der Handachse. Darüber hinaus ist durch den integrierten Scanner neben dem Auskoppeln des Laserstrahls aus der Handachse zugleich eine weitere schnelldynamische Ablenkung mittels des hinteren Scannerspiegels sowie eine weitere Leitung des Laserstrahls über den vorderen Scannerspiegel möglich. Durch die Integration des Scanners in die Roboterhand kann somit mit einer großen Dynamik und zugleich einem sehr kleinen Störradius in kleinen wie auch in großen Laserbearbeitungsbereichen durch die sehr gut beweglichen Scannerspiegel präzise gearbeitet werden.in the The state of the art is customary a second, front mirror in the designated hand axis of Robot hand for discharging the laser beam to a laser output nozzle from the Robotic hand necessary. This front mirror is in the state of the art only relatively slow together with the rear mirror of the hand axis in one unit to move with the hand axis drive. The rear scanner mirror takes over thus, according to the invention, on the function of this front, otherwise necessary mirror of the hand axis. About that In addition to the decoupling of the integrated scanner Laser beam from the hand axis at the same time another dynamic distraction by means of the rear scanner mirror and another line of the laser beam over the front scanner level possible. By integrating the scanner into the robot hand can thus with a big one Dynamics and at the same time a very small Störradius in small as well in big Laser processing areas due to the very good moving scanner mirrors precise to be worked.

Der Scanner liegt im wesentlichen in der geometrischen Achse der mechanischen Handachse. Die geometrische Achse schneidet somit zumindest den hinteren Scannerspiegel, der auf diese Weise den Laserstrahl, der im wesentlichen zmindest nahe der geometrischen Achse verläuft, aus der geometrischen Achse der Handachse herauslenken kann.Of the Scanner lies essentially in the geometric axis of the mechanical Hand axis. The geometric axis thus at least intersects the rear scanner mirror, which in this way the laser beam, the substantially at least close to the geometric axis, from can deflect the geometric axis of the hand axis.

Bei der Erzeugung von Bearbeitungsbahnkurven des Laserstrahls kann ausgewählt werden, ob lediglich ein leichtes Einritzen der Oberfläche erfolgen oder das Material vollständig durchtrennt werden soll. Mit dem dargestellten Roboter ist es möglich, mit der Roboterhand eine runde Bahnkurve zu fahren, wobei der Scanner den Laserstrahl eine längere Bahnkurve beschreiben lassen kann, die sogar zumindest bereichsweise eckig sein kann, ohne dass die Roboterhandachsen derart komplexe Figuren nachvollziehen müssten. Dies reduziert die für eine lange Bahnkurve benötigte Zeit erheblich und es wird eine bessere Bahngenauigkeit erreicht.at the generation of machining path curves of the laser beam can be selected whether only a slight scoring of the surface or the material Completely to be severed. With the illustrated robot, it is possible with the Robot hand to drive a round trajectory, the scanner the Laser beam a longer trajectory can describe, even at least partially angular can be without the robot hand axles comprehend such complex figures would. This reduces the for needed a long trajectory Time significantly and it is achieved a better path accuracy.

Vorteilhaft ist es somit, wenn der hintere Scannerspiegel eine Doppelfunktion erfüllt, indem er einerseits den Laserstrahl aus der Handachse herausspiegelt und andererseits dem Laserstrahl zumindest einen Teil der Scanbewegung aufprägt.Advantageous it is thus, if the rear scanner mirror a double function Fulfills, on the one hand, by mirroring the laser beam out of the hand axis and on the other hand the laser beam at least part of the scanning movement impresses.

Eine einfache Steuerung der Bewegung ist möglich, wenn bei der Achsbewegung der Handachse eine im wesentlichen synchrone Drehung des Spiegels hinter dem Scanner und des hinteren Scannerspiegels erfolgt unter Beibehaltung der Positionsrelation der beiden Scannerspiegel zueinander und dass die Scanbewegung in einem Scanbewegungsbereich des hinteren Scannerspiegels unabhängig von dem Spiegel hinter dem Scanner erfolgt.A easy control of movement is possible when moving the axle the hand axis a substantially synchronous rotation of the mirror behind the scanner and the rear scanner mirror takes place under Maintaining the positional relationship between the two scanner mirrors and that the scanning movement is in a scanning range of movement of the rear Scanner mirror independent of the mirror behind the scanner.

Der Aufbau des Anschlusses des Scanners in der Handachse ist sehr stabil und sicher ausführbar, wenn der Laserstrahl mittig in den Scanner eingeleitet wird und nahezu unmittelbar auf den hintersten Scannerspiegel auftrifft.Of the Structure of the connection of the scanner in the hand axis is very stable and safely executable, when the laser beam is introduced centrally into the scanner and impinges almost immediately on the rearmost scanner mirror.

Eine bezüglich der anschließenden Scannerbewegung sehr flexibler allseitig ansteuerbarer Winkelbereich ist gegeben, der Laserstrahl an dem hinteren Scannerspiegel um einen Winkel von etwa 90 Grad abgelenkt wird.A in terms of the subsequent Scanner movement very flexible angle range that can be controlled on all sides is given, the laser beam at the rear scanner mirror to one Angle deflected by about 90 degrees.

Eine sehr große Scannweite kann erreicht werden, wenn ausgeführt werden, wenn die lichte Weite der Öffnung des Ausgangsbereichs des Scanners im wesentlichen dem Auslenkbereich beim Scannen entspricht.A very big Scanning distance can be achieved when running when the inside width the opening the output range of the scanner substantially the deflection range when scanning.

Vorteilhaft ist es, wenn der vordere Scannerspiegel den Laserstrahl in Richtung Ausgangsbereich nahezu parallel zum Strahlweg des aus dem Laser austretenden Laserstrahls ablenkt. Der Roboter hat auf diese Weise eine große Reichweite und kann auch entfernte Objekte einfach bearbeiten.Advantageous it is when the front scanner mirror directs the laser beam in the direction Output range almost parallel to the beam path of the laser deflects outgoing laser beam. The robot has that way a big Range and can easily edit even distant objects.

Die Ansteuerung und das Verfahren ist in einem großen Winkelbereich möglich, wenn die Scannerspiegel durch jeweils einen Motor zu verfahren sind.The Control and the method is possible in a wide range of angles, if the scanner mirrors are to be moved by one motor each.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Schneideinheit im Ausgangsbereich des Laserstrahls aus dem Scanner aufsetzbar ist, so dass alternativ zu dem Scanmodus ein Modus mit durch die aufgesetzte Schneideinheit auf einen zu schneidenden Bereich konzentriert ausgelassenem Prozessgas stattfinden kann. Durch den Düsenaufsatz kann der Prozessgasstrom weiter nach vorne an das Werkstück gebracht werden. Der Prozessgasstrom ist stärker auf den Bereich konzentriert, in dem der Laserstrahl auf das Werkstück trifft. Somit werden unerwünschte Verbrennungserscheinungen vermieden und die Bearbeitung kann auch bei einer längeren Prozessdauer oder tiefen Schnitten mit einer sauberen Oberfläche vorgenommen werden. Der Schneidmodus kann alternativ zu dem Scanmodus eingesetzt werden, vorzugsweise vollautomatisch durch ein kurzes Verfahren des Roboters. Somit können die unterschiedlichen Bearbeitungsvorgänge direkt nebeneinander bei einer nur kurzen Unterbrechungszeit vorgenommen werden.Advantageous it is when a cutting unit in the output region of the laser beam from the scanner can be placed, so that as an alternative to the scan mode a mode with by the attached cutting unit to one cutting area concentrated discharged process gas can take place. Through the nozzle attachment the process gas stream can be brought further forward to the workpiece become. The process gas flow is more concentrated on the area, in which the laser beam strikes the workpiece. Thus, undesirable combustion phenomena Avoiding and editing can even with a longer process time or deep cuts made with a clean surface. Of the Cutting mode can be used as an alternative to the scanning mode, preferably fully automatic by a short procedure of the robot. Thus, the different processing operations directly next to each other a short interruption time can be made.

Eine zusätzliche Fokussierung und Einstellung der Brennweite ist möglich, wenn dass die Schneideinheit, die im Ausgangsbereich des Laserstrahls aus dem Scanner angeordnet ist, eine Düse und eine zumindest eine Austrittslinse aufweisende Schneidoptik aufweist.A additional Focusing and adjusting the focal length is possible when that the cutting unit, in the exit area of the laser beam is arranged from the scanner, a nozzle and at least one Having exit lens having cutting optics.

Auch sehr kleine Bearbeitungsschritte auf dem Werkstücke können mit einer hohen Genauigkeit vorgenommen werden, wenn die Austrittslinse so ausgebildet ist, dass der durch die Scannerspiegel abgelenkte Laserstrahl zur optischen Achse der Austrittslinse hin gebrochen wird.Also Very small machining steps on the workpieces can be done with high accuracy be made when the exit lens is formed so that the deflected by the scanner mirror laser beam to the optical Axle of the exit lens is broken down.

Vorteilhaft bei Anwendungen zur Beschriftung oder Kennzeichnung von Bauteilen ist es, wenn durch die Austrittslinse aus einer Winkeldifferenz von annähernd 11° nach Durchlaufen des Scanners eine Winkeldifferenz von annähernd 2–3° nach Durchlaufen der Austrittslinse erzeugt wird.Advantageous in applications for labeling or marking of components it is when through the exit lens from an angular difference from approximate 11 ° after Traversing the scanner an angular difference of approximately 2-3 ° after passing through the exit lens is generated.

Der Prozessgasstrom wird in eine optimale Nähe und Konzentration zur Bearbeitungsstelle gebracht, wenn die Länge der Düse derart an den Bearbeitungsabstand angepasst ist, dass ein Prozessgasstrom unmittelbar bis zu dem Bearbeitungsbereich geführt ist.Of the Process gas flow is in an optimal proximity and concentration to the processing point brought when the length the nozzle adapted to the machining distance such that a process gas stream immediately led to the processing area.

Eine optische Einrichtung wird gut von Prozessgas umspült, wenn die Schneideinheit eine Ringdüse aufweist, durch die Prozessgas geleitet werden kann. Zudem kann dadurch ein zylinderartiger Luftstrom erzeugt werden, der die Bearbeitungsstelle umspült, jedoch nicht direkt darauf auftrifft.A optical device is well lapped by process gas when the cutting unit an annular nozzle has, can be passed through the process gas. In addition, can thereby a cylinder-like air flow are generated, which is the processing point lapped, but does not hit it directly.

Vorteilhaft für eine lange Lebensdauer der Austrittslinse ist es, wenn die Ringdüse ein Luftpolster vor der Austrittslinse der Schneideinheit aufbaut.Advantageous for one Long life of the exit lens is when the ring nozzle is an air cushion builds up in front of the exit lens of the cutting unit.

Eine gezielte und zugleich sparsame Versorgung mit Prozessgas ist möglich, wenn das Prozessgas durch den Scanner durch Haltebrücken der Scannerbauelemente geleitet wird. Das Gas wird in einem Einlassbereich aus der Handachse in den Scanner eingeleitet und durchfließt Scannerhaltebrücken, die beispielsweise mit Boh rungen versehen sind. Der Prozessgasstrom mündet im Austrittsbereich des Laserstrahls aus dem Scanner, dort vorzugsweise in einer Ringdüse oder in einer angeschlossenen Düsenspitze, so dass die zu bearbeitende Werkstückoberfläche gezielt mit einem Prozessgasstrom mit einer angepassten Stärke versorgt werden kann.A Targeted and at the same time economical supply of process gas is possible if the process gas through the scanner through holding bridges of the scanner components is directed. The gas is in an inlet area from the hand axis introduced into the scanner and flows through scanner holding bridges, the are provided for example with Boh ments. The process gas flow ends in the exit region of the laser beam from the scanner, there preferably in a ring nozzle or in a connected nozzle tip, so that the workpiece surface to be machined targeted with a process gas stream with a customized strength can be supplied.

Ein einfacher und zugleich sehr stabiler und reversibler Verbindungsvorgang kann erreicht werden, wenn an den Ausgangsbereich mittels eines Bajonettverschlusses eine Düsenverlängerung zur Herstellung einer Schneideinheit aufgesetzt werden kann.A simple and at the same time very stable and reversible connection process can be achieved if a nozzle extension to the exit area by means of a bayonet closure to Her position of a cutting unit can be placed.

Ein sehr großer Arbeitsbereich kann abgefahren werden, wenn ein Brennpunkt in einem Abstand von etwa 200 mm erreicht wird.One very big Workspace can be traced when a focus in one Distance of about 200 mm is achieved.

Ein weiter Bearbeitungsbereich ohne zusätzliches Verfahren ist erreichbar, wenn das Bearbeitungsfeld des Roboters im Scanmodus etwa 100 mm × etwa 100 mm beträgt.One further processing area without additional procedure is achievable when the edit field of the robot in scan mode is about 100 mm × about 100 mm.

Vorteilhaft ist es, wenn zur Leitung des Laserstrahls drei Spiegel in dem Bereich zwischen Ausgang des Laserstrahls aus dem Laser des Roboters und Eintritt des Laserstrahls in den Scanner und zwei Scannerspiegel vorgesehen sind oder zur Leitung des Laserstrahls ein Spiegel in dem Bereich zwischen Ausgang des Laserstrahls aus dem Laser des Roboters und Eintritt des Laserstrahls in den Scanner und zwei Scannerspiegel vorgesehen sind.Advantageous it is when for guiding the laser beam there are three mirrors in the area between output of the laser beam from the laser of the robot and Entry of the laser beam into the scanner and two scanner levels are provided or for guiding the laser beam, a mirror in the area between the output of the laser beam from the laser of the robot and entering the laser beam into the scanner and two scanner mirrors are provided.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Roboters, wobei der Scanner beweglich an dem Roboter angebracht ist und nach dem Positionieren des Scanners die Ansteuerung des Scanners erfolgt.The Task is still solved by a method of controlling a robot, wherein the scanner movably attached to the robot and after positioning the scanner controls the scanner.

Ein sehr schnelles Verfahren des Laserstrahls ist möglich, wenn das Positionieren und Ansteuern des Scanners im wesentlichen zeitgleich erfolgt.One very fast movement of the laser beam is possible when positioning and driving the scanner substantially simultaneously.

Eine Optimierung bezüglich Roboterfahrweg und Fahrzeit wird erreicht, wenn die Roboterbewegung mit der Scannerbewegung synchronisiert wird.A Optimization regarding Robot travel and travel time is achieved when the robot movement synchronized with the scanner movement.

Die Bearbeitung der Werkstücke kann mit unterschiedlichen Verfahren und unter unterschiedlichen Bedingungen erfolgen, wenn eine Schneiddüse aus einer Wechselstation bedarfsweise aufgenommen wird.The Processing of workpieces can with different procedures and under different Conditions occur when a cutting nozzle from a changing station is recorded as needed.

Eine Ankopplung einer Düse oder einer Düsenverlängerung kann ohne Eingreifen einer Person vorgenommen werden, wenn der Roboter in den (Bereich der Wechseleinrichtung fährt, und mittels einer Drehbewegung eine Ankoppelung einer langen Düse an einen dafür vorgesehenen Adapter vornimmt, wobei der Adapter auch eine bereits angebrachte, kürzere Düse sein kann.A Coupling of a nozzle or a nozzle extension can be made without the intervention of a person, if the robot in the (area of the changing device drives, and by means of a rotary motion a coupling of a long nozzle one for that provided adapter, the adapter also has an already attached, shorter Be a nozzle can.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert ist; es zeigenFurther Features and advantages of the invention will be apparent from the claims and the description below, in which an embodiment of the subject the invention is explained in more detail in conjunction with the drawing; show it

1 eine Roboterhand mit einem Scanner, 1 a robot hand with a scanner,

2a eine perspektivische Ansicht eines geöffneten Scanners, 2a a perspective view of an opened scanner,

2b eine perspektivische Ansicht eines geöffneten Scanners, 2 B a perspective view of an opened scanner,

2c eine perspektivische Ansicht eines geöffneten Scanners, 2c a perspective view of an opened scanner,

2d eine Ansicht von Bauteilen des Scanners, 2d a view of parts of the scanner,

3a einen Scanner mit Schneiddüse, 3a a scanner with cutting nozzle,

3b einen Querschnitt durch eine Düse, 3b a cross section through a nozzle,

3c einen Querschnitt durch eine Düse und 3c a cross section through a nozzle and

4 eine Wechseleinrichtung für einen Düsenwechsel. 4 a changing device for a nozzle change.

1 zeigt eine Roboterhand 1 mit einem Scanner 2. Der Scanner 2 ist in die Roboterhand 1 integriert. Ein Laserstrahl 4 aus einem im Roboter eingesetzten, nicht dargestellten Laser, insbesondere einem CO2-Laser, wird durch den Roboter und durch die Roboterhand 1 mittels entsprechend angepasster und ausgerichteter Spiegel 31, 32, 8 gelenkt. Die Spiegel sind im Inneren der Roboterhand untergebracht und somit nicht direkt sichtbar dargestellt. Der Scanner 2 ist in Verlängerung einer Handachse 8 der Roboterhand 1 angebracht, wobei der Scanner 2 in einer Position eines zweiten Spiegels der Handachse 8 angebracht ist, so dass dieser Spiegel entfallen kann und der Scanner dessen Funktion mit übernimmt. Die Roboterhand 1 weist somit lediglich drei Spiegel 31, 32 und 9 anstelle üblicherweise vier Spiegel auf. Der Sanner ersetzt somit im Fall eines fünfachsigen Roboters zumindest einen Teil der fünften Achse. 1 shows a robot hand 1 with a scanner 2 , The scanner 2 is in the robot hand 1 integrated. A laser beam 4 from a laser used in the robot, not shown, in particular a CO2 laser, by the robot and by the robot hand 1 by means of appropriately adjusted and aligned mirrors 31 . 32 . 8th directed. The mirrors are housed inside the robot hand and thus not directly visible. The scanner 2 is in extension of a hand axis 8th the robot hand 1 attached, the scanner 2 in a position of a second mirror of the hand axis 8th is attached so that this mirror can be omitted and the scanner assumes its function with. The robot hand 1 thus has only three mirrors 31 . 32 and 9 instead of usually four mirrors. The Sanner thus replaces at least part of the fifth axis in the case of a five-axis robot.

Der Scanner kann an der Handachse 8 drehbar angebracht sein, so dass eine Positionierung des Scanners schnell mittels einer Vielzahl von Achsen erfolgen kann. In einem Austrittsbereich 22 der Laserstrahls 4 aus dem Scanner ist eine Öffnung 20 mit einer großen lichten Weite 19 angesetzt. Durch bewegliche, beispielsweise in 2d dargestellte, Scannerspiegel ist der entlang der Handachse 8 in den Scanner eingeleitete Laserstrahl 4 über einen weiten Winkelbereich verkippbar und somit für eine flexible und schnelle Bearbeitung eines Werkstücks verfügbar. Der Scanner ist so intergriert, dass der Laserstrahl im wesentlichen mittig in den Scanner eintritt und direkt auf den hinteren Spiegel trifft. An dem hinteren Scannerspiegel wird der Laserstrahl um etwa 90° abgelenkt und trifft auf einen vorderen Scannerspiegel. Der vordere Scannerspiegel lenkt den Laserstrahl in Richtung einer Schneiddüse zumindest teilweise parallel zum Strahlengang des urspünglichen Laserstrahls in Richtung Schneidbereich. Der Laserstrahl kann durch Motoren abgelenkt werden, so dass beliebige Schnittkonturen wie z. B. Kreise, Rechtecke, aber auch Schriftzüge hergestellt werden können.The scanner can be attached to the hand axis 8th be rotatably mounted so that positioning of the scanner can be done quickly by means of a plurality of axes. In an exit area 22 the laser beam 4 from the scanner is an opening 20 with a big clear width 19 stated. By moving, for example, in 2d shown, scanner mirror is the along the hand axis 8th laser beam introduced into the scanner 4 Tilting over a wide angle range and thus available for a flexible and fast machining of a workpiece. The scanner is integrated in such a way that the laser beam essentially enters the center of the scanner and hits the rear mirror directly. At the rear scanner mirror, the laser beam is deflected by about 90 ° and hits a front scanner mirror. The front scanner mirror directs the laser beam towards a cutting nozzle at least partially parallel to the beam path of the original laser beam towards the cutting area. The laser beam can be deflected by motors, so that any cutting contours such. As circles, rectangles, but also lettering can be produced.

2a zeigt eine perspektivische Ansicht eines geöffneten Scanners 2. Der Scanner weist Motoren 5, 21 zur Verstellung der Scannerspiegel auf. Motoren, Steuerelemente sowie beispielsweise eine Düsenanordnung im Austrittsbereich 22 des Laserstrahls 4 sind an zwischen nicht dargestellten Seitenwänden 29 des Scanners verlaufenden Haltebrücken 35 befestigt. Die Ringdüse 3 erzeugt ein Luftfenster vor einer Austrittslinse, damit sich keine Verschmutzungen auf der Austrittslinse festsetzen, und zugleich einen zylinderförmigen Luftstrom Richtung Werkstück, so dass der Bearbeitungsprozess ermöglicht wird. Der Bearbeitungsprozess weist hierdurch keine Verbrennungseigenschaften auf und es kann ein sauberes Schnittbild ein weit entfernter freier Brennpunkt von beispielsweise 200 mm erreicht werden. Es ist möglich, den Roboter zu verfahren und zugleich den Scanner zu betätigen, so dass eine Bahnkurve mit Ecken erzeugt werden kann, obwohl der Roboter eine runde Bewegung vollzieht. 2a shows a perspective view of an opened scanner 2 , The scanner has motors 5 . 21 for adjusting the scanner level. Motors, controls and, for example, a nozzle assembly in the exit area 22 of the laser beam 4 are on between not shown side walls 29 the scanner extending holding bridges 35 attached. The ring nozzle 3 creates an air window in front of an exit lens, so that no dirt accumulates on the exit lens, and at the same time a cylindrical air flow towards the workpiece, so that the machining process is enabled. As a result, the machining process has no combustion properties and it is possible to achieve a clean cross-sectional image of a far-away free focal point of, for example, 200 mm. It is possible to move the robot and at the same time operate the scanner, so that a trajectory with corners can be generated, even though the robot makes a round movement.

2b zeigt eine perspektivische Ansicht eines geöffneten Scanners 2, wobei eine Seite 33 gezeigt ist, an der Schrauben 36 zur Befestigung des Scanners 2 an der Handachse 8 vorgesehen sind. Der Prozessgaseingang 7 wird durch wie beispielhaft dargestellt drei Prozessgasdurchführungen 18 durch den Befestigungsbereich an der Seite 33 gewährleistst. Diese dienen zur Einleitung des Prozessgases in die Haltebrücken 35 des Scanners 2. Der Eintritt des Laserstrahls in den Scanner erfolgt im Laserstrahleingang 6. 2 B shows a perspective view of an opened scanner 2 where one page 33 shown is on the screws 36 for attaching the scanner 2 on the hand axis 8th are provided. The process gas input 7 is exemplified by three process gas feedthroughs 18 through the attachment area on the side 33 gewährleistst. These serve to introduce the process gas into the holding bridges 35 of the scanner 2 , The entry of the laser beam into the scanner takes place in the laser beam entrance 6 ,

2c zeigt eine perspektivische Ansicht eines geöffneten Scanners 2 mit Scannerspiegeln 10, 11 sowie Motoren 21, 5 zu deren Bedienung. Durch Öffnungen in den Haltebrücken 35 wird das Prozessgas bis zur Ringdüse 3 im Austrittsbereich 22 des Laserstrahls geleitet. 2c shows a perspective view of an opened scanner 2 with scanner mirrors 10 . 11 as well as engines 21 . 5 for their operation. Through openings in the retaining bridges 35 the process gas reaches the ring nozzle 3 in the exit area 22 passed the laser beam.

2d zeigt eine Ansicht von Bauteilen des Scanners, wobei die tragenden Haltebrücken sowie Teile der Motoren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt wurden. Der hintere Scannerspiegel 10 sowie der vordere Scannerspiegel 11 sind zueinander geneigt dargestellt. Sie sind jeweils durch einen Motor 21, 5 verstellbar. Der Laserstrahl 4 fällt durch eine Öffnung 33 in der Seite 34 des Scanners 2 in den Scanner ein und wird über die Spiegel bis zu einer Austrittslinse 23 im Austrittsbereich 22 des Laserstrahls geleitet. 2d shows a view of components of the scanner, wherein the supporting retaining bridges and parts of the motors have not been shown for reasons of clarity. The rear scanner mirror 10 as well as the front scanner mirror 11 are shown inclined to each other. They are each by an engine 21 . 5 adjustable. The laser beam 4 falls through an opening 33 in the page 34 of the scanner 2 into the scanner and goes over the mirrors up to an exit lens 23 in the exit area 22 passed the laser beam.

3a zeigt einen mit Seitenwänden 29 verschlossenen Scanner mit Schneiddüse. Die Düse 27 weist eine Ringdüse 3 sowie eine Schneiddüse 12 auf. Im vorderen Bereich der Schneiddüse ist mittels eines Klemmrings noch eine vordere Düse 13 beispielsweise aus Messing zur wieteren Fokussierung des Prozessgases angebracht. 3a shows one with side walls 29 closed scanner with cutting nozzle. The nozzle 27 has an annular nozzle 3 and a cutting nozzle 12 on. In the front area of the cutting nozzle is still a front nozzle by means of a clamping ring 13 For example, made of brass for wieteren focus of the process gas.

3b zeigt einen Querschnitt durch eine Düsenanordnung. Das Prozessgas wird in den Leitungsbereich des Ringdüse 3 eingeleitet und strömt am vorderen Bereich der Düse aus, während eine Bearbeitung des Werkstücks erfolgt. Durch die große Öff nung 20 der Düse können Laserstrahlen mit Winkeln 24 austreten. Die Scannerspiegel erzeugen beispielsweise eine Strahlabweichung von der Senkrechten mit einer Winkeldifferenz 25 etwa 11°. Nach Durchgang des Laserstrahls durch die Austrittslinse 23 wird hieraus eine Winkeldifferenz 26 von etwa 2 bis 3°. 3b shows a cross section through a nozzle assembly. The process gas is in the line area of the ring nozzle 3 introduced and flows out at the front of the nozzle while a machining of the workpiece takes place. Due to the large opening 20 The nozzle can laser beams with angles 24 escape. For example, the scanner mirrors produce a beam deviation from the normal with an angular difference 25 about 11 °. After passage of the laser beam through the exit lens 23 becomes an angular difference 26 from about 2 to 3 °.

3c zeigt einen Querschnitt durch eine Düse 27 mit einer Gesamtlänge 28 mit einer Schneiddüse 12. Das Prozessgas strömt aus der Ringdüse 3 in das Innere der Schneiddüse 12. An der Spitze der Düse tritt das Prozessgas in der Nähe der Bearbeitungsstelle mit einer grollen Strömungsstärke aus und ermöglicht somit einen sicheren und sauberen Bearbeitungsvorgang. 3c shows a cross section through a nozzle 27 with a total length 28 with a cutting nozzle 12 , The process gas flows out of the ring nozzle 3 into the interior of the cutting nozzle 12 , At the tip of the nozzle, the process gas exits the processing point near the processing point with a high flow rate and thus enables a safe and clean machining process.

4 zeigt eine Wechseleinrichtung 30 für einen Düsenwechsel. Die Düse wird mittels eines verstellbaren und steuerbaren Zylinders 16 in der Wechseleinrichtung verdrehsicher gehalten. Die Ringdüse 3 an dem Austrittsbereich 22 des Scanners 2 weist mit dem Bajonettverschluss korrespondierende Stifte 17 zum Aufsetzen eines in der Wechseleinrichtung 30 eingesetzten Teils eines Verschlusses 15, insbesondere eines Bajonettverschlusses für eine Anbringung einer Schneiddüse 12 auf. Die Roboterhand mit integriertem Scanner kann dann mittels einer Drehbewegung die Düse aufdrehen du nach Zurückfahren des Zylinders aus der Wechseleinrichtung herausnehmen. 4 shows a changing device 30 for a nozzle change. The nozzle is made by means of an adjustable and controllable cylinder 16 held against rotation in the changing device. The ring nozzle 3 at the exit area 22 of the scanner 2 has corresponding pins with the bayonet lock 17 for putting one in the changing device 30 inserted part of a closure 15 , in particular a bayonet closure for attachment of a cutting nozzle 12 on. The robot hand with integrated scanner can then turn the nozzle by means of a rotary movement and, after returning the cylinder, remove it from the changer.

11: Roboterhandrobotic hand
22: Scannerscanner
33: Ringdüsering nozzle
44: Laserstrahllaser beam
55: Motorengine
66: Laserstrahleinganglaser beam input
77: ProzessgaseingangProcess gas input
88th: Handachsehand axis
99: hinterer Spiegelrear mirror
1010: hinterer Scannerspiegelrear scanner mirror
1111: vorderer Scannerspiegelfront scanner mirror
1212: Schneiddüsecutting nozzle
1313: vordere Düsefront jet
1414: Klemmringclamping ring
1515: Verschlussshutter
1616: Zylindercylinder
1717: Stiftpen
1818: ProzessgasdurchführungProcess gas passage
1919: lichte Weiteclear width
2020: Öffnungopening
2121: Motorengine
2222: Austrittsbereichexit area
2323: Austrittslinseexit lens
2424: optische Achseoptical axis
2525: Winkeldifferenzangular difference
2626: Winkeldifferenzangular difference
2727: Düsejet
2828: Längelength
2929: SeitenwandSide wall
3030: Wechseleinrichtungchanger
3131: Spiegelmirror
3232: Spiegelmirror
3333: Öffnungopening
3434: Seitepage
3535: Haltebrückeretaining bridge
3636: Schraubescrew

Claims

Robot that uses a laser to emit a laser beam ( 4 ) is equipped for machining workpieces and a robot hand ( 1 ) with at least one hand axis ( 8th ) with at least one mirror ( 9 ) for deflecting the laser beam ( 4 ), characterized in that in the robot hand ( 1 ) a scanner ( 2 ) with at least two at least partially independently movable scanner mirrors ( 10 . 11 ) is integrated in such a way that the rear scanner mirror ( 10 ) substantially in or in extension of the rear of the scanner ( 2 ) located hand axis ( 8th ), wherein the laser beam ( 4 ) from the rear scanner mirror ( 10 ) from behind the scanner ( 2 ) located hand axis ( 8th ) is mirrored out.

Robot according to claim 1, characterized in that the rear scanner mirror ( 10 ) performs a dual function by, on the one hand, the laser beam ( 4 ) from the hand axis ( 8th ) and on the other hand the laser beam ( 4 ) imprints at least part of the scanning movement.

Robot according to one of claims 1 or 2, characterized in that during the axis movement of the hand axis ( 8th ) a substantially synchronous rotation of the mirror ( 9 ) behind the scanner ( 2 ) and the rear scanner mirror ( 10 ) is carried out while maintaining the positional relationship of the two scanner mirrors ( 10 . 11 ) to each other and that the scanning movement in a scanning range of movement of the rear scanner mirror ( 10 ) independent of the mirror ( 9 ) behind the scanner ( 2 ) he follows.

Robot according to one of claims 1 to 3, characterized in that the laser beam ( 4 ) substantially in the center of the scanner ( 2 ) and almost immediately to the rearmost scanner mirror ( 10 ).

Robot according to one of claims 1 to 4, characterized in that the laser beam ( 4 ) on the rear scanner mirror ( 10 ) is deflected by an angle of about 90 degrees.

Robot according to one of claims 1 to 5, characterized in that the clear width ( 19 ) of the opening ( 20 ) of the output area ( 21 ) of the scanner ( 2 ) substantially corresponds to the deflection range during scanning.

Robot according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the front scanner mirror directs the laser beam in the direction of the exit region ( 22 ) almost parallel to the beam path of the laser beam emerging from the laser ( 4 ) distracts.

Robot according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the scanner mirrors ( 10 . 11 ) by a motor ( 5 . 21 ) are to be moved.

Robot according to one of claims 1 to 8, characterized in that a cutting unit in the output area ( 22 ) of the laser beam ( 4 ) from the scanner ( 2 ) can be placed, so that as an alternative to the scan mode, a mode can take place with concentrated by the attached cutting unit on an area to be cut discharged process gas.

Robot according to one of claims 1 to 9, characterized in that the cutting unit, in the output region of the laser beam ( 4 ) from the scanner ( 2 ), a nozzle ( 27 ) and at least one exit lens ( 23 ) having cutting optics.

Robot according to one of claims 1 to 10, characterized in that the exit lens ( 23 ) is designed such that the laser beam deflected by the scanner mirrors to the optical axis ( 24 ) of the exit lens is broken.

Robot according to one of claims 1 to 11, characterized in that through the exit lens ( 23 ) from an angular difference ( 25 ) of approximately 110 after passing through the scanner ( 2 ) an angular difference ( 26 ) of approximately 2-3 ° after passing through the exit lens ( 23 ) is produced.

Robot according to one of claims 1 to 12, characterized in that the length ( 28 ) of the nozzle ( 27 ) is adapted to the machining distance such that a process gas stream immediately to led to the editing area.

Robot according to one of claims 1 to 13, characterized in that the cutting unit an annular nozzle ( 3 ), can be passed through the process gas.

Robot according to one of claims 1 to 14, characterized in that the annular nozzle ( 3 ) an air cushion in front of the exit lens ( 23 ) of the cutting unit builds.

Robot according to one of claims 1 to 15, characterized in that the process gas through the scanner ( 2 ) by holding bridges ( 30 ) of the scanner components.

Robot according to one of claims 1 to 16, characterized in that at the exit area ( 22 ) by means of a bayonet closure ( 15 ) A nozzle extension can be placed.

Robot according to one of claims 1 to 17, characterized that a focal point is achieved at a distance of about 200 mm.

Robot according to one of claims 1 to 18, characterized that the edit field of the robot in scan mode is about 100 mm × about 100 mm.

Robot according to one of claims 1 to 19, characterized in that for the guidance of the laser beam ( 2 ) three mirrors in the area between the output of the laser beam from the laser of the robot and the entrance of the laser beam ( 4 ) in the scanner ( 2 ) and two scanner mirrors ( 10 . 11 ) are provided.

Robot according to one of claims 1 to 20, characterized in that for the guidance of the laser beam ( 4 ) a mirror in the area between the output of the laser beam ( 4 ) from the laser of the robot and entry of the laser beam ( 4 ) in the scanner ( 2 ) and two scanner mirrors ( 10 . 11 ) are provided.