DE10157890A1

DE10157890A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10157890A1
Application number: DE10157890A
Authority: DE
Inventors: Georg Meyndt; Hans-Juergen Penser; Wolfgang Seifert
Original assignee: ALPHA LASER GmbH
Current assignee: Planarx De GmbH
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: DE20122509U1; DE10157890B4

Abstract

Eine mobile Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstückbereichs mittels eines von dem Laserbearbeitungskopf abgegebenen Laserstrahls, eine Positionierungs- und Orientierungseinrichtung zur Positionierung und Orientierung des Laserbearbeitungskopfes, die den Laserbearbeitungskopf trägt und eine Antriebseinrichtung zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfes aufweist, eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von Eingaben einer Bedienperson über ein Eingabegerät und/oder von gespeicherten Daten und Einrichtungen, mittels derer die Vorrichtung verfahrbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung.

Die Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlung ist seit langem bekannt. Zu den Bearbeitungsverfahren zählen das Schneiden und Schweißen von Werkstücken sowie das Härten von Oberflächen. Kleine Werkstücke, die z. B. durch Auftragschweißen miteinander verbunden werden sollen, werden dabei häufig gegen einen feststehenden Laser bewegt. Hierzu können sie auf einem entsprechenden Tisch eingespannt sein, der zur Durchführung des Schweißvorgangs im Raum bewegbar ist.

Bei sehr großen Werkstücken, wie beispielsweise Autokarosserien, werden stationäre Schweißroboter eingesetzt, denen das zu bearbeitende Werkstück mittels eines Fließbandes zugeführt wird. Der gesamte Bearbeitungsvorgang ist dabei jedoch weitestgehend automatisiert, so dass nur Bearbeitungen nach einem vorgegebenen Programm möglich sind. Weiter ist ein aufwendiges Fließband zum Transport der großen und schweren Werkstücke notwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laserbearbeitungsvorrichtung zu schaffen, mit der eine flexible Bearbeitung auch großer Werkstücke einfach möglich ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung, die einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstückbereichs mittels eines von dem Laserbearbeitungskopf abgegebenen Laserstrahls sowie eine Positionierungs- und Orientierungseinrichtung zur Positionierung und Orientierung des Laserbearbeitungskopfes, die den Laserbearbeitungskopf trägt und eine Antriebseinrichtung zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs aufweist, und eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von Eingaben einer Bedienperson über ein Eingabegerät und/oder von gespeicherten Daten aufweist, ist als mobile Einheit ausgebildet, d. h. sie weist Einrichtungen auf, mittels derer die Vorrichtung verfahrbar ist.

Die Vorrichtung muss dabei nicht mit einem eigenen Antrieb verfahrbar sein, es genügt, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung als ganze mit nur geringem Aufwand von einem Ort an den anderen fahrbar ist.

Die Verfahrbarkeit ermöglicht es, mit einer solchen Laserbearbeitungsvorrichtung auch große Werkstücke zu bearbeiten, die nicht über eine sehr teure und große Handhabungseinrichtung in den Bereich der Laserbearbeitungsvorrichtung gebracht werden müssen. Vielmehr kann eine erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung einfach in den Bereich eines zu bearbeiteten Werkstücks gefahren werden.

Durch die Verwendung einer Positionierungs- und Orientierungseinrichtung, deren Bewegungen über eine von einer Steuereinheit angesteuerten Antriebseinrichtung bewirkt werden, ist darüber hinaus eine gegenüber einer rein manuellen Bewegung sehr genaue Führung des Laserbearbeitungskopfes und damit des Laserstrahls auf einem zu bearbeitenden Werkstück durch Eingaben einer Bedienperson oder von einer Steuereinrichtung möglich.

Mit der erfindungsgemäßen mobilen Laserbearbeitungsvorrichtung können somit auch an sehr großen Werkstücken individuell sehr genau Bearbeitungsvorgänge, insbesondere das Härten einer Werkstückoberfläche und/oder das Schweißen von Werkstücken, insbesondere auch Auftragsschweißen, durchgeführt werden.

Weiterhin ist eine erfindungsgemäße mobile Laserbearbeitungsvorrichtung leicht auf ein Kraftfahrzeug fahrbar, so dass sie einfach auch an ganz verschiedenen Orten, insbesondere auch zur Bearbeitung raumfester Werkstücke eingesetzt werden kann.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung beschrieben.

Die mobile Laserbearbeitungsvorrichtung kann beispielsweise hängend an Rädern verfahrbar sein, wozu jedoch ein Gerüst mit beispielsweise Trageschienen notwendig ist. Für eine besonders flexible Handhabung und einen sehr einfachen Transport, beispielsweise in einem Lastkraftwagen, ist es bevorzugt, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung von einem Fahrwerk getragen wird, mittels dessen die Vorrichtung fahrbar ist. Bei diesem Fahrwerk, das fest mit der Laserbearbeitungsvorrichtung verbunden ist, kann es sich um ein Fahrwerk mit Raupen und/oder Rädern und/oder Rollen und/oder Walzen handeln, wobei wenigstens einige der Rollen oder Räder jeweils lenkbar ausgeführt sein können. Das Fahrwerk kann als tragendes Element einen Rahmen aufweisen. Das tragende Element kann jedoch auch durch entsprechende Elemente der Positionierungs- und Orientierungseinrichtung oder ein Gehäuse gebildet sein. Ein solches Fahrwerk erlaubt es, die erfindungsgemäße mobile Laserbearbeitungsvorrichtung einfach auf einem hinreichend ebenen Boden ohne großen Kraftaufwand verschieben zu können. Darüber hinaus ist eine solche Vorrichtung leicht mit einem Lastkraftwagen transportierbar.

Besonders bevorzugt ist das Fahrwerk so ausgebildet, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung vollständig darauf ruht. Hierzu können beispielsweise mindestens zwei Walzen oder mindestens drei Räder oder Rollen vorgesehen sein.

Weiter ist es bevorzugt, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung wenigstens eine Feststellbremse aufweist, mit der eine Bewegung der Laserbearbeitungsvorrichtung während der Bearbeitung verhinderbar ist.

Um die Laserbearbeitung ohne großen Kraftaufwand, insbesondere auch bei unebenem Boden genau bewegen zu können, ist es bevorzugt, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung einen steuerbaren Fahrantrieb, und besonders bevorzugt auch ein Lenkung aufweist, mit dem die Laserbearbeitungsvorrichtung bewegbar ist.

Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung ist es bevorzugt, dass die Positionierungs- und Orientierungseinrichtung einen bewegbaren, den Laserbearbeitungskopf tragenden Arm mit einem Gelenk umfasst, wodurch der Laserbearbeitungskopf besonders flexibel an dem Einsatzort der Laserbearbeitungsvorrichtung positionier- und orientierbar ist.

Besonders bevorzugt umfasst die Positionierungs- und Orientierungseinrichtung einen Knickarmroboter, der eine praktisch beliebige Positionierung des Laserbearbeitungskopfes im Raum erlaubt. Die Verfahrbarkeit der mobilen Laserbearbeitungsvorrichtung und die hohe Flexibilität bei der Positionierung mittels des Knickarmroboters erlauben Laserbearbeitungen auch an ansonsten nur schwer zugänglichen Stellen von großen Werkstücken. Darüber hinaus kann durch die Verfahrbarkeit der mobilen Laserbearbeitungsvorrichtung mit nur einem Knickarmroboter ein Werkstück von verschiedenen Seiten aus bearbeitet werden, so dass eine Bewegung eines sehr großen Werkstücks, beispielsweise einer großen Form im Formenbau, nicht notwendig ist.

Für bestimmte Bearbeitungsarten ist es nicht notwendig, dass die konkret bearbeitete Stelle von einer Bedienperson laufend beobachtet wird, um den Laser zu führen, wie dies beispielsweise beim Auftragsschweißen der Fall ist, bei dem ein Schweißdraht laufend über die zu bildende Schweißnaht geführt werden muss. Es ist daher bevorzugt, dass die Steuereinheit einen Speicher zur Speicherung von Parametern zur Darstellung einer Kurve umfasst und so ausgebildet ist, dass der Laserbearbeitungskopf entlang einer Kurve, die durch in der Steuereinheit gespeicherte Parameter beschrieben ist, bewegbar ist. Hierdurch wird die Bearbeitung von Werkstücken beispielsweise in Kleinstserien mit einem hohen Grad an Automatisierung ermöglicht, ohne dass eine aufwendige Handhabungsvorrichtung für große Werkstücke erforderlich wäre. Vielmehr genügt es, die erfindungsgemäße mobile Laserbearbeitungsvorrichtung nur in eine vorgegebene Position zu dem Werkstück zu verfahren, um die Verarbeitung mit dem Laserstrahl entlang der durch die gespeicherten Parameter dargestellten Kurve durchführen zu können.

Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit so ausgebildet, dass eine in Abhängigkeit von Eingaben einer Bedienperson erfolgte Bewegung des Laserbearbeitungskopfes in Form von entsprechenden Parametern speicherbar ist.

Grundsätzlich muss die erfindungsgemäße mobile Laserbearbeitungsvorrichtung selbst nicht unbedingt einen Laser aufweisen. Dieser kann beispielsweise als separate Einheit fest montiert oder auch fahrbar vorgesehen sein, wobei die von dem Laser abgegebene Laserstrahlung beispielsweise über Lichtleiter dem Laserbearbeitungskopf zugeführt werden kann. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung, vorzugsweise die Positionierungs- und Orientierungseinrichtung, einen Laser sowie Einrichtungen zur Übertragung des von dem Laser abgegebenen Laserstrahls an den Laserbearbeitungskopf aufweist. Damit wird eine mobile Laserbearbeitungsvorrichtung erhalten, die bis auf die grundsätzlich notwendige Energieversorgung eine autarke Einheit bildet, und daher besonders einfach und flexibel einsetzbar ist.

Der Laser kann grundsätzlich an einer beliebigen Stelle der mobilen Laserbearbeitungsvorrichtung angeordnet sein. Es ist jedoch besonders bevorzugt, dass die Positionierungs- und Orientierungseinrichtung einen Arm umfasst, der den Laserbearbeitungskopf trägt und in oder an dem der Laser angeordnet ist. Die von dem Laser abgegebene Strahlung kann dabei über Lichtleiter oder, besonders bevorzugt, über ein Strahlführungssystem mit reflektierenden Elementen, beispielsweise Spiegeln, dem Laserbearbeitungskopf zugeführt werden. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau der mobilen Laserbearbeitungsvorrichtung, da eine Übertragung der Laserstrahlung über den gesamten Arm, die ein kompliziertes Strahlführungssystem erfordern würde, vermieden werden kann. Darüber hinaus können die Nachteile der Verwendung von Lichtleitern, eine Verschlechterung des Strahlparameterprodukts, d. h. der Strahlqualität, und eine Begrenzung der maximal übertragbaren Pulsspitzenleistung, vermieden werden.

Besonders bevorzugt sind Laserbearbeitungskopf und Arm durch ein Dreh- und ein Schwenkgelenk verbunden, wobei das Strahlführungssystem vorzugsweise drei Spiegel aufweist und die Dreh- und die Schwenkachse vorzugsweise senkrecht zu einander ausgerichtet sind. Damit ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau des optischen Systems bei gleichzeitiger vollständiger Orientierbarkeit des Laserbearbeitungskopfs im Raum.

Für bestimmte Bearbeitungstypen, beispielsweise das Auftragsschweißen, ist es notwendig, dass eine Bedienperson den zu bearbeitenden Bereich während der eigentlichen Bearbeitung beobachten kann. Es ist daher bevorzugt, dass eine Beobachtungseinrichtung zur Erzeugung eines Bildes eines mit dem Laserstrahl zu bearbeitenden Werkstückbereichs und eine Eingabevorrichtung, über die Positionierungssignale für die Positionierung des Laserbearbeitungkopfes in die Steuereinheit eingebbar sind, vorgesehen sind und dass die Steuereinheit zur Positionierung des Laserbearbeitungskopfes entsprechend den Positionierungssignalen ausgebildet ist.

Besonders bevorzugt ist der Schärfentiefenbereich der Beobachtungseinrichtung dabei innerhalb des Fokusbereichs des von dem Laserbearbeitungskopf abgegebenen Laserstrahls, so dass der Laserstrahl allein durch Scharfstellen des Bildes in der Beobachtungseinrichtung auf die Werkstückoberfläche fokussierbar ist.

Die Verwendung einer Eingabevorrichtung, der damit verbundenen Steuereinheit und der davon gesteuerten Antriebseinrichtung erlaubt eine sehr präzise Führung des Laserbearbeitungskopfes, so dass auch diffizile Oberflächenbearbeitungen leicht durchführbar sind.

Bei der Beobachtungseinrichtung kann es sich um ein beliebiges abbildendes System handeln, beispielsweise eine Videokamera mit einem entsprechenden Bildschirm, wobei jedoch bevorzugt Beobachtungseinrichtungen mit einer vergrößernden Optik verwendet werden. Besonders bevorzugt umfasst die Beobachtungseinrichtung daher ein Mikroskop, vorzugsweise ein Stereomikroskop. Auch ein Verwendung einer Großfeldlupe kommt in Betracht.

Als Eingabegeräte können analoge oder auch digitale Eingabegeräte zum Einsatz kommen. Um eine möglichst intuitive Bedienung der erfindungsgemäßen mobilen Laserbearbeitungsvorrichtung zu ermöglichen umfasst das Eingabegerät bevorzugt einen Joystick.

Besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass ein Laserstrahl mit vorgegebener Geschwindigkeit entlang einer vorgegebenen Kurve, insbesondere einer Geraden, bewegbar ist, wobei entsprechend Eingaben einer Bedienperson über die Eingabevorrichtungen der Laserstrahl in Richtungen, die nicht tangential zu der Kurve sind, ausführbar sind. Dies ermöglicht es insbesondere, den Laserkopf mittels des Eingabegeräts entlang einer Geraden zu bewegen, wenn als vorgegebene Geschwindigkeit die Geschwindigkeit Null gewählt wird.

Besonders bevorzugt weist die Beobachtungseinrichtung eine richtungsdefinierende Einrichtung auf, mit der in einer Ansicht des zu bearbeitenden Werkstücksbereichs zwei Bezugsrichtungen definierbar sind. Die Steuereinheit ist dann so ausgebildet, dass die Positionierungssignale als Signale in Bezug auf die Bezugsrichtungen verarbeitet werden. Die Verwendung einer solchen richtungsdefinierenden Einrichtung ermöglicht es dem Benutzer seine Eingaben entsprechend der in der Ansicht deinierbaren Bezugsrichtungen über die Eingabevorrichtung zu machen, wodurch eine leichte Orientierung für die Bedienperson gegeben ist. Als richtungsdefinierende Einrichtung kann hierbei beispielsweise bei Verwendung von optischen Instrumenten mit einem Okular wie z. B. einem Mikroskop ein Okular mit Strichmarkierungen, beispielsweise einem Fadenkreuz, eingesetzt werden. Weiter kann jegliche nicht rotationssysmmetrische Feldblende verwendet werden. Die Markierungen bzw. die Blende können jedoch auch durch entsprechend angesteuerte, im Strahlengang des Mikroskops angeordnete LCD-Anzeigen gebildet sein.

Bei einer Bewegung des Laserbearbeitungskopfes mittels beispielsweise eines Knickarmroboters, kann sich durch eine Schwenkbewegung des Knickarms eine Drehung der richtungsdefinierenden Einrichtung mit dem Laserbearbeitungskopf ergeben, was für die Bedienperson irritierend wäre. Es ist daher bevorzugt, dass die richtungsdefinierende Einrichtung so ausgebildet ist, dass die durch sie deinierbaren Richtungen entsprechend einer Ansteuerung bewegbar sind und dass die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass durch Bewegung des Laserbearbeitungskopfs und Ansteuerung der richtungsdefinierenden Einrichtung die Blickrichtung der Beobachtungseinrichtung und die Bezugsrichtungen konstant haltbar sind. Die Ansteuerung der richtungsdefinierenden Einrichtung kann hierbei mechanisch durch einen entsprechenden Stellantrieb oder je nach Ausbildung der richtungsdefinierenden Einrichtung, beispielsweise als LCD- Element, mit einem elektrisch ansteuerbaren Fadenkreuz im Strahlengang der Beobachtungseinrichtung, elektrisch erfolgen. Dadurch, dass die Blickrichtung und die Bezugsrichtungen konstant gehalten werden, ist es für eine Bedienperson einfach, den Laserbearbeitungskopf mit der Eingabevorrichtung fehlerfrei und einfach zu bewegen.

Besonders bevorzugt kann die richtungsdefinierende Einrichtung mit der Beobachtungsrichtung verbunden sein, wobei diese relativ zu dem Laserbearbeitungskopf bewegbar ist.

Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Laserhärten von Werkstückoberflächen und zum Auftragsschweißen verwendet.

Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine mobile Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In der Figur umfasst eine mobile Laserbearbeitungsvorrichtung 10 ein Fahrwerk 12, einen Knickarmroboter 14, der einen Knickarm 16 sowie eine Antriebseinrichtung aufweist, die teilweise in einem Gehäuse 17 und teilweise in dem Knickarm 16 angeordnete und daher in der Figur nicht sichtbare Stellmotoren aufweist und daher in der Figur nur grob schematisch durch die Komponente 18 angedeutet ist, einen an dem Knickarm 16 angeordneten Laserbearbeitungskopf 20, einen in einem Abschnitt 22 des Knickarms 16 angeordneten Laser 24, eine Steuereinheit 26 zur Steuerung der Antriebseinrichtung sowie einen mit der Steuereinheit verbunden Joystick 28.
Das Fahrwerk 12 weist zwei Lenkrollen 30 und 30' sowie zwei Räder auf, deren Drehachse parallel verläuft und von denen in der Figur nur das Rad 32 sichtbar ist. Die Lenkrollen 30 und 30' sowie die Räder 32 sind an einem, in der Figur nicht separat gezeigten Rahmen befestigt. Durch die Lenkrollen ist die mobile Laserbearbeitungsrichtung nicht nur leicht lenkbar, sondern praktisch auch auf der Stelle drehbar, so dass die Laserbearbeitungsvorrichtung auch bei sehr beengten Verhältnissen gut verfahrbar und positionierbar ist.
Der Rahmen des Fahrwerks trägt als Positionierungs- und Orientierungseinrichtung zur Positionierung und Orientierung des Laserbearbeitungskopfes 20 den Knickarmroboter 14, der, in der Figur nur schematisch gezeigt, fest mit dem Rahmen bzw. dem Fahrwerk 12 verbunden ist. Der Arm 16 des Knickarmroboters 14 ist über ein Drehgelenk 34 mit der Antriebseinrichtung verbunden und damit als ganzer um eine senkrechte Achse schwenkbar. Auf dem Drehgelenk 34 sitzt ein Schwenkgelenk 36 über das der Knickarm 16 um eine horizontale Achse schwenkbar ist. Der Knickarm 16 weist weiterhin ein Knickgelenk 38 auf, über das der Abschnitt 22 des Knickarms 16 gegenüber dem Abschnitt zwischen den Gelenken 36 und 38 schwenkbar ist.
Der Laserbearbeitungskopf 20 ist über ein Schwenkgelenk 40 und ein Drehgelenk 42, deren Schwenk- bzw. Drehachsen senkrecht zueinander angeordnet sind, mit dem Abschnitt 22 des Roboterarms verbunden.
Die Gelenke 34, 36 und 38 erlauben eine beliebige Positionierung des Laserbearbeitungskopfs 20 in dem dreidimensionalen Arbeitsbereich des Knickarmroboters 14.
Das Schwenkgelenk 40, dessen Schwenkachse parallel zu der Schwenkachse des Gelenks 38 verläuft, und das Drehgelenk 42, dessen Drehachse senkrecht zu der Schwenkachse des Schwenkgelenks 40 verläuft, erlauben eine nur durch den maximalen Schwenk- bzw. Drehwinkel beschränkte, aber sonst beliebige Orientierung, d. h. Neigung, des Laserbearbeitungskopfs 20 im Raum. Der Knickarm 16 einschließlich seiner Stellantriebe und der Steuereinheit 26 ist dabei so ausgebildet, dass bei einer Positionierungsbewegung des Laserbearbeitungskopfs 20 während eines Bearbeitungsvorgangs der Winkel zwischen der Drehachse des Drehgelenks 42 in Bezug auf die Drehachse des Drehgelenks 34 konstant haltbar ist.
Die Bewegung des Knickarms 16 und des Laserbearbeitungskopfs 20 wird über die Antriebseinrichtung bewirkt, die wiederum von der Steuereinheit 26 angesteuert wird. Die Steuereinheit 26 ist mit dem Joystick 28 verbunden, über den eine Orientierungsbewegung und eine Positionierungsbewegung des Laserbearbeitungskopfs 20 steuerbar sind.
Die Steuereinheit 26 weist weiterhin einen in den Figuren nicht gezeigten Speicher auf, in dem Parameter zur Beschreibung einer Kurve speicherbar sind, entlang der der Laserbearbeitungskopf 20 automatisch von der Steuereinheit 26 führbar ist.
In dem Abschnitt 22 des Knickarms 16 ist der Laser 24 angeordnet, dessen Strahlung zur Bearbeitung eines Werkstücks verwendbar ist. Bei dem Laser 24 handelt es sich um einen Festkörperlaser, der zur Bearbeitung von Werkstücken geeignete Strahlung im Infrarotbereich emittiert. Der Laser 24 bzw. ein von diesem abgegebener Laserstrahl bildet mit der Längsachse des Abschnitts 22 des Knickarms 16 einen spitzen Winkel, so dass die von dem Laser 24 emittierte Strahlung gegen die Längsachse versetzt in den Kanal des Schwenkgelenks eintreten kann.
Der Laser 24 weist noch ein in der Figur nicht gezeigtes Teleskop zur Strahlaufweitung auf.
Die von dem Laser emittierte Strahlung wird über die Gelenke 40 und 42 dem Laserbearbeitungskopf 20 zugeführt, indem sie dann auf einen zu bearbeitenden Werkstückbereich gelenkt wird. Dazu weisen die Gelenke 40 und 42 Kanäle zur Strahlführung auf, die jeweils einen entlang der Drehachsen der Gelenke 40 und 42 verlaufenden Abschnitt umfassen. Über zwei in den Kanälen angeordnete, in der Figur nicht gezeigte Spiegel wird die von dem Laser 24 emittierte Strahlung in einer Richtung parallel zur Drehachse des Drehgelenks 42 gelenkt.
Der Laserbearbeitungskopf 20 dient dazu, die aus dem Kanal des Drehgelenks 42 austretende Laserstrahlung auf ein Werkstück zu lenken, wozu er einen in der Figur nicht gezeigten, für Infrarotstrahlung reflektierenden, für sichtbares Licht jedoch transmittierenden Spiegel aufweist, der gegen die Drehachse des Drehgelenks 42 um 45° geneigt ist.
Der Laserbearbeitungskopf weist weiterhin eine Fokussierungsoptik 44 auf, die als achromatisches optisches System ausgebildet ist. Die umgelenkte Laserstrahlung wird durch die Fokussierungsoptik 44 fokussiert und als fokussierter Laserstrahl 46 auf einen Werkstückbereich gelenkt.
Der Laserbearbeitungskopf 20 umfasst weiterhin als Beobachtungseinrichtung zur Beobachtung eines zu bearbeitenden Werkstückbereichs ein Stereomikroskop 48, das durch ein Kopfteil 50 mit zwei Okularen 52 und 52' und die Fokussierungsoptik 44 als Objektiv gebildet ist, so dass die optische Achse des Stereomikroskops 48 mit der Richtung des Laserstrahls hinter der Fokussierungsoptik 44 übereinstimmt. Der Schärfentiefenbereich des Stereomikroskops 48 ist dabei so gewählt, dass er innerhalb des Fokusbereichs des Laserstrahls liegt, so dass der Laserstrahl auf eine Werkstückoberfläche fokussierbar ist, indem der durch das Stereomikroskop 48 beobachtete Werkstückbereich scharf gestellt wird.
Das Stereomikroskop 48 weist weiterhin an den Okularen 52 und 52' als richtungsdefinierende Einrichtung jeweils ein Fadenkreuz auf, durch das zwei Bezugsrichtungen in der Ansicht des Werkstückbereichs definiert werden. Eingaben über den Joystick 28 beziehen sich auf diese Bezugsrichtungen.
Der Kopfteil 50 des Stereomikroskops 48 ist um die optische Achse des Stereomikroskops 48 im Bereich der fokussierenden Einrichtung 44, d. h. eine Längsachse des Laserbearbeitungskopfs 20 durch einen Stellantrieb 54 drehbar, der, in der Figur nicht gezeigt, über ein Ritzel einen an dem Kopfteil 50 angebrachten Zahnkranz antreibt. Der Stellantrieb 54 wird von der Steuereinheit 26 angesteuert. Insbesondere erfolgt die Steuerung derart, dass bei einer Positionierungsbewegung des Laserbearbeitungskopfs durch Drehung des Kopfteils 50 und/oder Drehung des Laserbearbeitungskopfs 20 um die Drehachse des Drehgelenks 42 sowohl die Blickrichtung des Stereomikroskops 48 als auch die Orientierung der durch die Fadenkreuze definierten Bezugsrichtungen im Raum konstant bleiben.
Zur Bearbeitung eines Werkstücks kann die mobile Laserbearbeitungsvorrichtung 10 dank des Fahrwerks leicht zu dem Werkstück hingefahren werden, wobei insbesondere die Lenkrollen 30 und 30' eine leichte Positionierung der gesamten Laserbearbeitungsvorrichtung erlauben.
Die eigentliche Bearbeitung kann dabei in verschiedenen Betriebsarten erfolgen, zu deren Durchführung die Steuereinheit 26 entsprechend ausgebildet ist.
Bei einem ersten Betriebsmodus, der beispielsweise zur Härtung von Oberflächen verwendet werden kann, wird der Laserbearbeitungskopf 20 automatisch von der Steuereinheit 26 entlang einer Kurve bewegt, die durch in den Speicher der Steuervorrichtung 26 gespeicherte Parameter definiert ist. Diese Daten können entweder von außen eingegeben worden sein oder bei einem "Teach-in"-Verfahren nach der folgenden noch zu beschreibenden manuellen Steuerung, gelernt, d. h. während einer manuellen Bewegung des Laserbearbeitungskopfs 20 abgespeichert worden sein.
Bei einem zweiten Betriebsmodus wird der Laserbearbeitungskopf entsprechend Eingaben des Benutzers über den Joystick 28 bewegt. Dabei entsprechen Auslenkungen des Joysticks 28 in dessen zwei Richtungen Bewegungen des Laserbearbeitungskopfs 20 entlang der Richtungen des in dem Stereomikroskop 48 sichtbaren Fadenkreuzes. Hierzu wird in der Steuervorrichtung eine entsprechende Koordinatentransformation von einem mit dem Fadenkreuz verbundenen Koordinatensystem in ein mit dem Fahrwerk 12 der Laserbearbeitungsvorrichtung verbundenen Koordinatensystem durchgeführt. Die Auslenkung des Joysticks 28 entspricht dabei einer Richtung und Größe einer Geschwindigkeit, mit der Laserbearbeitungskopf 20 bewegt werden soll. Durch Druck auf den Steuerknüppel lassen sich auch Bewegungen senkrecht zu dem Fadenkreuz, d. h. in Blickrichtung des Mikroskops 48 durchführen.
In einem dritten Bearbeitungsmodus positioniert der Benutzer den Laserbearbeitungskopf 20 zunächst in einer Anfangsposition und -orientierung. Die Steuervorrichtung 26 bewegt dann den Laserbearbeitungskopf 20 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit entlang einer vorgegebenen Kurve, beispielsweise einer Geraden, wobei der Benutzer durch Eingaben über den Joystick 28 eine Bewegung des Laserbearbeitungskopfs in einer Richtung senkrecht zu der vorgegebenen Kurve bewirken kann. Zufällige Bewegungen des Joysticks 28 in Richtung der vorgegebenen Kurve werden nicht berücksichtigt. Die Einstellung der vorgegebenen Geschwindigkeit kann dabei über ein in der Figur nicht gezeigtes Eingabegerät erfolgen.
Wie zuvor erwähnt, wird wenigstens in dem zweiten und dem dritten Betriebsmodus bei den Positionierungsbewegungen während der Bearbeitung mit dem Laser 24 die Orientierung des Fadenkreuzes im Raum konstant gehalten.
Bei den letzten beiden Betriebsmodi ist weiterhin jeweils eine Abspeicherung der bei der Bearbeitung verfolgten Kurve in Form von Parametern in dem Speicher der Steuereinheit 26 möglich ("teach-in").
Insgesamt ergibt sich damit eine mobile Laserbearbeitungsvorrichtung, die sehr einfach auch an große Werkstücke gefahren werden kann um dort auch an schwer zugänglichen Werkstückbereichen sehr genau Oberflächenbearbeitungsvorgänge insbesondere Oberflächenhärtung oder Auftragsschweißen durchführen zu können. Bezugszeichenliste 10 mobile Laserbearbeitungsvorrichtung
12 Fahrwerk
14 Knickarmroboter
16 Knickarm
17 Gehäuse
18 Komponente der Antriebseinrichtung
20 Laserbearbeitungskopf
22 Abschnitt des Roboterarms
24 Laser
26 Steuereinheit
28 Joystick
30, 30' Lenkrollen
32 Rad
34 Drehgelenk
36 Schwenkgelenk
38 Schwenkgelenk
40 Schwenkgelenk
42 Drehgelenk
44 Fokussierungsoptik
46 fokussierter Laserstrahl
48 Stereomikroskop
50 Kopfteil
52, 52' Okular
54 Stellantrieb

Claims

1. Mobile Laserbearbeitungsvorrichtung mit
einem Laserbearbeitungskopf (20) zur Bearbeitung eines Werkstückbereichs mittels eines von dem Laserbearbeitungskopf (20) abgegebenen Laserstrahls,
einer Positionierungs- und Orientierungseinrichtung (14) zur Positionierung und Orientierung des Laserbearbeitungskopfes (20), die den Laserbearbeitungskopf (20) trägt und eine Antriebseinrichtung (18) zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfes (20) aufweist, einer Steuereinheit (26) zur Steuerung der Antriebseinrichtung (18) in Abhängigkeit von Eingaben einer Bedienperson über ein Eingabegerät (28) und/oder von gespeicherten Daten, und
Einrichtungen (12, 30, 30', 32), mittels derer die Laserbearbeitungsvorrichtung verfahrbar ist.

2. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Fahrwerk (12), mittels dessen die Laserbearbeitungsvorrichtung fahrbar ist.

3. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Feststellbremse.

4. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen steuerbaren Fahrantrieb.

5. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungs- und Orientierungseinrichtung (14) einen bewegbaren, den Laserbearbeitungskopf (20) tragenden Arm (16) mit einem Gelenk (34, 36, 38) umfasst.

6. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungs- und Orientierungseinrichtung einen Knickarmroboter (14) umfasst.

7. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) einen Speicher zur Speicherung von Parametern zur Darstellung einer Kurve umfasst, und so ausgebildet ist, dass der Laserbearbeitungskopf (20) entlang einer Kurve, die durch in der Steuereinheit (26) gespeicherte Parameter beschrieben ist, bewegbar ist.

8. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Laserbearbeitungsvorrichtung einen Laser (24) sowie Einrichtungen zur Übertragung des von dem Laser (24) abgegebenen Laserstrahls an den Laserbearbeitungskopf (20) aufweist.

9. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungs- und Orientierungseinrichtung (14) einen Arm (16) umfasst, der den Laserbearbeitungskopf (20) trägt und in oder an dem der Laser (24) angeordnet ist.

10. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Beobachtungseinrichtung (28) zur Erzeugung eines Bildes eines mit einem Laserstrahl zu bearbeitenden Werkstückbereichs und eine Eingabevorrichtung (28), über die Positionierungssignale für die Positionierung des Laserbearbeitungskopfes (20) in die Steuereinheit (26) eingebbar sind, vorgesehen sind, und
dass die Steuereinheit (26) zur Positionierung des Laserbearbeitungskopfes (20) entsprechend den Positionierungssignalen ausgebildet ist.

11. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtungseinrichtung ein Mikroskop (28) umfasst.

12. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingabegerät einen Joystick (28) umfasst.

13. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass die Beobachtungseinrichtung (28) eine richtungsdefinierende Einrichtung aufweist, mit der in einer Ansicht des zu bearbeitenden Werkstückbereichs zwei Bezugsrichtungen definierbar sind,
und dass die Steuereinheit (26) die Positionierungssignale als Signale in Bezug auf diese Bezugsrichtungen verwendet.

14. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass die richtungsdefinierende Einrichtung so ausgebildet ist, dass die durch sie deinierbaren Richtungen entsprechend einer Ansteuerung bewegbar sind, und
dass die Steuereinheit (26) so ausgebildet ist, dass durch Bewegung des Laserbearbeitungskopfes (20) und Ansteuerung der richtungsdefinierenden Einrichtung die Blickrichtung der Beobachtungseinrichtung (28) und die Bezugsrichtungen konstant haltbar sind.