DE102005016734A1

DE102005016734A1 - Bearbeitungssystem mit einem Bearbeitungsroboter

Info

Publication number: DE102005016734A1
Application number: DE102005016734A
Authority: DE
Inventors: Stefan Maier; Thomas Wechs
Original assignee: ROBOT TECHNOLOGY GmbH; ROBOT-TECHNOLOGY GmbH
Current assignee: ROBOT TECHNOLOGY GmbH; ROBOT-TECHNOLOGY GmbH
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2006-10-12

Abstract

Um ein Bearbeitungssystem mit einem Bearbeitungsroboter (1) so auszubilden, dass eine variable Bearbeitung mit einem bedarfsgerecht fokussierten Laserstrahl auch bei hohen Laserleistungen möglich ist, wird vorgeschlagen, dass das Bearbeitungssystem so ausgebildet ist, dass durch den Bearbeitungsroboter ein Laserstrahl (2) einem Werkstück (3) zuzuleiten ist, und das Bearbeitungssystem eine von dem Bearbeitungsroboter (1) beabstandet angeordnete Laserstrahlerzeugungsvorrichtung (4) aufweist, aus der ein Laserstrahl (2) auszukoppeln und über ein Laserstrahlumlenkmittel (5) zu einem Einspeisungsbereich (6) umzulenken und in diesen einzuspeisen ist, wobei der Übertragungsweg des Laserstrahls (2) zwischen dem Laserstrahlumlenkmittel (5) und dem Einspeisungsbereich (6) zumindet über eine Teilstrecke (7) leiterfrei erfolgt und die Umlenkung des Laserstrahls (2) zu dem Einspeisungsbereich unter Berücksichtigung der jeweiligen Bearbeitungsposition, insbesondere synchronisiert, mit der jeweiligen Bearbeitungsbewegung des Bearbeitungsroboters (1) zu regeln ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungssystem mit einem Bearbeitungsroboter, durch den ein Laserstrahl zur Bearbeitung einem Werkstück zuzuleiten ist, einen Bearbeitungsroboter, insbesondere zum Einsatz in dem Bearbeitungssystem, durch den ein Laserstrahl zur Werkstückbearbeitung zu leiten ist, sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl.
Bekannt ist es, ein Werkstück mit Hilfe eines über ein Spiegelsystem abgelenkten Laserstrahls zu bearbeiten, insbesondere zu schweißen.
Nachteilig dabei ist, dass der Laserstrahl nicht in versteckte Bereich am Werkstück geführt werden kann. Hierzu ist in der Regel eine Verkippung des Werkstücks notwendig. Zudem ist eine genaue Fokussierung aufgrund großer Entfernungen und wechselnder Bearbeitungspositionen nur unter großenm Aufwand vorzunehmen oder auch gar nicht möglich, so dass Berabeitungsvorgänge mit hohen räumlichen Leistungsdichteanforderungen, wie beispielsweise das Schneiden von Materialien, nur unzureichend durchgeführt werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine variable Bearbeitung mit einem bedarfsgerecht fokussierten Laserstrahl auch bei hohen Laserleistungen zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bearbeitungssystem mit einem Bearbeitungsroboter, durch den ein Laserstrahl zur Bearbeitung einem Werkstück zuzuleiten ist, und einer von dem Bearbeitungsroboter beabstandet angeordneten Laserstrahlerzeugungsvorrichtung, aus der ein Laserstrahl auszukoppeln und über ein Laserstrahlumlenkmittel zu einen Einspeisungsbereich des Bearbeitungsroboters umzulenken und in diesen einzuspeisen ist, wobei der Übertragungsweg des Laserstrahls zwischen dem Laserstrahlumlenkmittel und dem Einspeisungsbereich zumindest über eine Teilstrecke leiterfrei erfolgt und die Umlenkung des Laserstrahls zu dem Einspeisungsbereich unter Berücksichtigung der jeweiligen Bearbeitungsposition insbesondere synchronisiert mit der jeweiligen Bearbeitungsbewegung des Bearbeitungsroboters zu regeln ist.
Die Einspeisung des teilweise leiterfrei ohne weiteres Übertragungsmedium nach der geradlinig übertragenen Laserstrahls in den Roboter erfolgt durch die gezielte Umlekung mittel Laserstrahlumlenkvorrichtungen, die vorzugsweise aus Spiegeln aufgebaut sind, Auf diese Weise ist eine sehr flexible Übertragung und Bearbeitung mittels des durch den Roboterkopf schnell und in alle notwendigen Richtungen umlenkbaren Laserstrahls. möglich. Dagegen ist ein lediglich durch eine Laserstrahlumlenkvorrichtung gesteuerter, über lange Strecken bis zum Werkstück frei laufender Laserstrahl lediglich in begrenztem Maße auf das Werkstück auszurichten. Hinterschnitte können somit beispielswies enicht bearbeitet werden. Demgegenüber kann mittels der erfindungsgemäßen Ausführung auch sher versteckte Bereich des Werkstücks erreicht werden, ohne dass eine grundsätzlich andere Positionierung der Laserstrahlerzeugungsvorrichtung oder der sich daran anschließenden Laserstrahlumlenkungsvorrichtungh vorgenommen werden müsste. Die Fokussierung des Laserstrahls kann an einer werkstücknahen Position im Roboter vorgenommen werden, so dass auch Bearbeitungsvorgänge mit einem hohen Laserleistungsdichte vorgenommen werden konnen.
Vorteilhaft ist es, wenn Abstand und Ausrichtung zwischen der Laserstrahlerzeugungsvorrichtung und dem Bearbeitungsroboter nach Maßgabe der Werkstückgröße und Werkstückform einstellbar ist. Das Bearbeitungssystem kann auf diese Weise den Laserstrahl um das Werkstück herum an die jeweilige zu bearbeitenden Stelle lenken, ahne dass eine neue oder erweiterte Leiterverbindung nötig ist, wodurch der Störradius des Bearbeitungssystem verändert wird. Der Abstand ist sehr variabel einstellbar, ohne dass die Leistungsfähigkeit des Bearbeitungssystem nachlässt, da die Strahlweiterleitung nahezu verlustfrei erfolgt und eine Fokussierung des Strahls kurz vor dem Bearbeitungspunkt im Roboterkopf erfolgen kann.
Vorteilhaft ist es, wenn das Laserstrahlumlenkmittel einen oder zwei Spiegel aufweist ist, die den Laserstrahl umlenken, insbesondere in Form eines Scanners. Die Spiegel sind schnell und flexibel mittels einer Steuerung/Regelung eionzustellen und können so den Synchronisationsanforderungen aufgrund der sich ändernden Roboterposition leicht nachfolgend eingerichtet werden.
Die Reichweite und Felxibilität das Bearbeitungssystems wird weiter erhöht, wenn in den Übertragungsweg des Laserstrahls zwischen dem Laserstrahlumlenkmittel und dem Einspeisungsbereich ein weiteres Laserstrahlumlenkungsmittel geschaltet ist.
Die Aufnahme des Laserstrahls im Einspeisungsbereich sowie dessen Weiterleitung in den Roboterstrahlungsweg ist schnell und einfach steuerbar/regelbar, wenn im Einspeisungsbereich ein Laserstrahlumlenkungsmittel, insbesondere ein Scanner mit einem oder zwei Spiegeln, derart angeordnet ist, dass der Laserstrahl in einen vorbestimmten Laserstrahlweg des Bearbeitungsroboters zu einem Laseraustrittsbereich im Roboterkopfbereich geleitet wird. Die Spiegel können vorteilhaft so ausgerichtet werden, dass der Laserstrahl mit einem ersten Einfangspiegel, der sehr schnell eingestellt werden kann, aufgefangen wird und von einem zweiten Spiegel sicher in den vorgesehenen, durch die Einrichtung der Roboteroptik vorgegebenen Laserstrahlweg innerhalb des Roboters weitergegeben wird.
Eine schnelle und flexible Weiterleitung des Laserstrahls ist möglich, wenn der Einspeisungsbereich ein Armbereich oder ein Kopfbereich des Bearbeitungsroboters ist.
Die Synchronisation der Bewegungen ist vereinfacht, wenn der Einspeisungsbereich in einer hinsichtlich Roboterbewegung und/oder Robotergeschwindigkeit und/oder Roboterfreiheitsgrad und/oder Roboterhub lediglich in vergleichsweise geringem Maße unterliegender Stelle, insbesondere in einer dritten oder vierten Roboterachse angeordnet ist. Der maximale Hub oder die Bewegung beträgt an dieser Stelle vorteilhafterweise nur maximal 20 % der maximalen Roboetrbewegung. An dieser Stelle ist die Bewegung des Einspeisungsbereichs lediglich an die Bewegung von höchsten vier, vorzugsweise an drei sehr vorteilhaft auch nur zwei oder gar eine Roboterachse(n), gekoppelt.
Eine einfache Ausführung des Bearbeitungsroboters ist gegeben, wenn im Einspeisungsbereich eine Achsenummantelung zumindest im Einfallsbereich des Laserstrahls offen ist, vorzugsweise mit einem weiten Einfallswinkelbereich für den Laserstrahl.
Weite Bewegungen des Roboters zum Werkstück oder um das Werkstück herum sind möglich, wenn eine dem Laserstrahl zugewandte Oberseite der Achse mit dem Einspeisungsbereich praktisch wandungsfrei ist.
Vorteilhaft ist es, wenn zwei Bearbeitungsroboter mit jeweils einem Einspeisungsbereich vorgesehen sind. Auf diese Weise ist eine beispielsweise Bearbeitung des Werkstücks von zwei Seiten aus möglich. Das Werkstück kann somit schneller bearbeitet werden. Die notwendigen Verfahrstrecken sind geringer, da von einem Roboter die Berabeitungsbereiche jeweils einer Seite abgearbeitet werden können.
Eine geringe Anzahl Laserstrahlumlenkmittel sind notwendig, wenn der Laserstrahl vom Laserstrahlumlenkmittel je nach Bedarf, vorzugsweise abwechselnd, auf die Einspeisungsbereiche der Bearbeitungsroboter zu lenken ist. Die Laserstrahlerzeugsvorrichtung, die häufig auf einer Bühne angeordnet wird und einen größeren Platz beansprucht, muss lediglich einmal vorgehalten werden. Zudem ist die Laserleistung und sind andere Laserparameter auf diese Weise einfach für beide Bearbeitungsroboter konstant zu halten.
Eine punktgenaue Fokussierung kann erfolgen, wenn der Laserstrahl bis zum Roboterkopf ein Parallelstrahl ist und erst im Bereich des Roboterkopfes des Bearbeitungsroboters durch ein Fokussierungsmittel zu fokussieren ist. Durch die kurze Fukussierungslänge ist Leistungsdichte somit auch für Arbeiten mit hoher Energiedichte ausreichend, beispielsweise um zu schneiden.
Eine exakte Ausrichtung und optimale Anpassung des Laserweges auch bei schnellen Bearbeitungsvorgängen mit großen Verfahrwegen des Bearbeitungsroboters kann erfolgen, wenn ein Steuerungsystem zur Steuerung der Bearbeitungsbewegung des Berarbeitungsroboters vorgesehen ist und ein Regelungssystem zur Regelung der Ausrichtung des Laserstrahls zwischen dem Laserstrahlumlenkmittel und der Position des Einspeisungsbereichs und/oder zur Synchronisation der Bewegungen des/der Laserstrahlumlenkmittel und von einem oder mehreren Laserstrahlumlenkmitteln im Einspeisungsbereich vorgesehen ist.
Eine genaue und schnelle Einstellung des Laserstrahls ist möglich, wenn zumindest jeweils ein Wegmesssystem zumindest an jeweils einer Roboterachse vorgesehen ist, die jeweils eine Bewegungsachse für die Bewegung im Einspeisungsbereich bilden, und mittels einer Berechnungssoftware für die Positionen und Relativstellungen der Laserstrahlumlenkungsmittel aus den Daten des Messystems die Ausgabedaten für Motoren der Laserstrahlumlenkungsmittel zu berechnen sind und mittels jeweils zumindest einer Regelung, die jeweils zumindest einem Motor zur Bewegung der Spiegel des Laserstrahlumlenkungsmittels zugeordnet ist, die Position der Laserstrahlumlenkungsmittel so einzustellen ist, dass der Laserstrahl in einen Laserweg im Bereich einer Roboteroptik zu lenken ist, so dass der Strahl im Laseraustrittsbereich des Kopfbereichs des Roboters austritt.
Insbesondere für Arbeiten, die eine hohe Energie in direkter Werkstücknähe erfordern ist es vorteilhaft, wenn die Laserstrahlerzeugungsvorrichtung ein Hochleistungslaser ist, insbesondere ein CO2-Laser, insbesondere mit einer Ausgangsleistung zwischen etwa 1 und etwa 6 KW. Auch Laserstrahlen mit hohen Energiedichten können mit Hilfe der vorgeschlagenen Erfindung sehr genau an die betreffenden Stellen des Werkstücks gebracht werden. Dies ist insbesondere bei Co2 Lasern wichtig, die eine sehr hohe Strahlqualität aufweisen. Diese hohen Laserleistungen, die nicht über Laserleitungen wie Glasfaserkabel an die gewünschte Position gebracht werden können, sind somit trotzdem auch an schwer zugänglichen Stellen des Werkstücks exakt zu steuern und auszurichten.
Eine weitere flexible Erreichung von Bearbeitungsstellen in einem weiten Bereich ist möglich, wenn im Laseraustrittsbereich des Laserstrahls aus dem Roboter ein Scanner und/oder eine Schneiddüse vorgesehen ist. Hierdurch können selbst Hochleistungslaserstrahlen exakt auf das Werkstück hin gesteuert und positioniert werden.
Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn die Laserparameter zum Schweißen und/oder Schneiden und/oder Löten eingestellt sind. Durch die Fokussierung im Kopfbereich des Bearbeitungsroboters sowie der Verwendung einer Hochleistungslasererzeugungsvorrichtung sind auch Bearbeitungsagänge mit hohen Energiedichten wie Schneiden und Schweißen sehr exakt möglich.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch einen Bearbeitungsroboter, insbesondere zum Einsatz in einem Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, durch den ein Laserstrahl zur Werkstückbearbeitung zu leiten ist, mit einem Roboterkopfbereich mit Mitteln zum Leiten eines Laserstrahls auf ein Werkstück, wobei ein Einspeisungsbereich zum Einspeisen eines freien Laserstrahls in den Strahlungsweg des Bearbeitungsroboters vorgesehen ist, wobei im Einspeisungsbereich vorzugsweise ein Laserstrahlumlenkungsmittel so eingerichtet und gesteuert ist, dass es den Laserstrahl in den vorbestimmten Strahlungsweg des Roboters zu einem Laseraustrittsbereich des Roboterkopfbereichs leitet.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl, wobei der Laserstrahl durch ein Bearbeitungssystem, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17, geleitet wird, wobei der Laserstrahl durch eine Laserstrahlerzeugungsvorrichtung erzeugt wird und durch ein Laserstrahlumlenkmittel zu einem Bearbeitungsroboter, insbesondere nach Anspruch 18, umgelenkt wird, wobei der Laserstrahl nach Durchlaufen zumindest einer freien Teilstrecke in einen Einspeisungsbereich des Bearbeitungsroboters so eingespeist wird, dass der Laserstrahl in dem Strahlweg des Bearbeitungsroboters zu einem Laseraustrittsbereich des Roboterkopfbereichs geleitet wird.
Vorteilhaft ist es, wenn in dem Einspeisungsbereich des Bearbeitungsroboters ein Laserstrahlumlenkungsmittel mit der Winkelposition und der Positionsänderung des einfallenden Laserstrahls derart synchronisiert eingestellt wird, dass der in den Bearbeitungsroboter von dem Laserstrahlumlenkungsmittel weitergeleitete Laserstrahl einen vorbestimmten Laserstrahlweg zum Austrittsbereich des Roboterkopfbereichs durchläuft. Auf diese Weise ist keine Änderungen der Einstellungen der Laserspiegel oder Linsen innerhalb des Roboters notwendig.
Vorteilhaft ist es, wenn die Fokussierung des Laserstrahls erst in der Roboterkopfbereich vorgenommen wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.
Es zeigen:
1 ein Bearbeitungssystem mit einem Bearbeitungsroboter,
2 eine Detaildarstellung eines Laserstrahlumlenkmittels aus 1,
3 eine Detaildarstellung eines Einspeisungsbereichs mit einem Laserstrahlumlenkmittel aus 1,
4 eine Detaildarstellung eines Roboterkopfbereichs aus 1,
5 einen Schnitt durch ein Laserstrahlumlenkmittel,
6 ein schematisches Ablaufdiagramm und
7 eine schematische Darstellung eines Laserstrahlumlenkmittels.
1 zeigt ein Bearbeitungssystem mit einem Bearbeitungsroboter 1. Der Bearbeitungsroboter 1 ist zur Gewährleistung eines fexiblen Zugangs zu einem Werkstück 3 vorzugsweise ein mehrachsiger Roboter, mit einem Armbereich 10, der zur Fürhung eines Kopfbereichs 11 dient, in dem sich im wesentlichen Optiken zur Weiterleitung eines Laserstrahls und weitere Bewegungsachsen befinden. Der Laserstrahl verlässt den Roboter in einem Laseraustrittsbereich 22, der eine Schneiddüse oder einen weiteren Scanner aufweist.
Die Anlage weist eine Laserstrahlerzeugungsvorrichtung 4 auf, die auf einer Bühne 9 aufgebaut ist. Ein unfokussierter Laserstrahl 2 der Laserstrahlerzeugungsvorrichtung 4 wird zunächst auf ein erstes Laserstrahlumlenkmittel 5 gesendet., wie in 2 und 5 dargestellt. Die Auslenkung der Spiegel 8 erfolgt insbesondere mittels Berechnungen in einer entsprechenden Steuerungs/Regelungssoftware, wodurch der Laserstrahl 2 auf zumindest einer freien Teilstrecke 7 in einem Einspeisungsbereich 6 eines Roboterarms 10 auf ein weiteres Laserstrahlumlenkmittel 21 innerhalb des Roboterarms, beispielsweise der dritten oder vierten Roboterachse 12 gelenkt wird. Vorteilhaft ist es dabei, im Einspeisungsbereich 6 ein möglichst großen Bereich der Achsenummantelung 13 an der Oberseite 15 frei zu lassen, um eine Einspeisung des Laserstrahls mit einem großen Einfallswinkelbereich 14 zu ermöglichen.
Eine andere, nicht dargestellte Möglichkeit zur Steuerung und Regelung der Position des Laserstrahls besteht in der Leitung des Strahls mittels Daten eines Laserverfolgungssystems, also eines zweiten, parallel laufenden Kontrolllaserstrahls, wodurch über einen Sensor die Entfernung und die Lage des zweiten Laserstrahlumlenkmittels 21 ausgemessen wird.
2 zeigt eine Detaildarstellung eines Laserstrahlumlenkmittels 5 aus 1. Das erste Laserstrahlumlenkmittel 5 besteht vorzugsweise aus zwei schwenkbaren Spiegeln 8, die insbesondere mit einem Motor 27 mit einem Getriebe bewegt werden könen, so dass der Laserstrahl 2 um zwei Achsen umlenkbar ist, die anhand von berechneten Daten aus der Steuerungs-/Regelungssoftware mit den Auslenkungen und den Bewegungen des Einspeisungsbereichs 6 des Roboters synchronisiert werden.
3 zeigt eine Detaildarstellung eines Einspeisungsbereichs 6 mit einem Laserstrahlumlenkmittel 21 aus 1. Der Einspeisungsbereich 6 weist eine weite Öffnung auf, durch die der Laserstrahl in den Roboter eingekoppelt wird und – hier nicht dargestellt- auf den Laserstrahlweg des Roboters, auf den die Innenoptiken des Roboterarms und des Roboterkopfes ausgerichtet sind, geleitet bis zum Laserstrahlaustrittsbereich 22 im Kopfbereich 11 des Roboters. Das Laserstrahlumlenkmittel 21 weist dazu eine Schwenkeinheit 24 sowie einen Motor 25 mit Getriebe auf.
4 zeigt eine Detaildarstellung eines Roboterkopfbereichs aus 1. Der Roboterkopf sitzt an einer vierten Roboterachse 23, die zwei innere Umlenkspiegel aufweist, wodurch der eingespeiste Laserstrahl in den Kopfbereich 11 gelenkt wird.
5 zeigt einen Schnitt durch ein Laserstrahlumlenkmittel 5, 21 mit zwei Spiegeln 8, die in zwei Achsen 31, 32 angeordnet sind mit zwei zugeordneten Motoren 25, 27, Das Laserstrahlumlenkungsmittel kann dabei sowohl als erstes Laserstrahlumlenkungsmittel 5 nach dem Laser eingesetzt werden. In diesem Fall tritt der Laserstrahl 2 an der Seite des Motors 25 ein und trifft im Bereich einer ersten Achse 31 auf einen Spiegel 8, wird von diesem in eine zweite Achse 32 abgelenkt, trifft auf einen dazu geneigten Spiegel und tritt dann aus der Laserumlenkmittel 5 aus. Im Fall des im Robotereinspeisungsbereich 6 eingesetzten Laserstrahlumlenkmittels 21 tritt der Laserstrahl 2 im Bereich der zweiten Achse 32 in das Laserstrahlumlenkmittel 21 ein, trifft auf einen Spiegel 8 und wird von diesem in die erste Achse 31 abgelenkt, wo der Strahl wiederum auf einen Spiegel trifft und anschließend im Bereich des Motors 25 aus dem Laserstrahlumlenkmittel 21 austritt.
In einem Laserstrahlumlenkungsmittel kann zudem eine Verschlusskappe 28 vorgesehen sein, zu der sich die Eingangsöffnung der zweiten Achse 32 drehen lässt, so dass die Öffnung zur Sicherung verschlossen werden kann, falls sie nicht benötigt wird.
6 zeigt einen Teil eines schematischen Ablaufdiagramms einer Steuerung/-Regelung des Bearbeitungssystems mit einem Bearbeitungsroboter 1 mit einem Einspeisungsbereich 6 für einen Laserstrahl 2 mit einem Laserstrahlumlenkmitel 21 in der dritten Roboterachse 12.
Über Wegmessysteme 29 werden hierzu zunächst die Daten der ersten Roboterachse bis dritten Roboterachse 12 des Bearbeitungsroboters 1 aufgenommen und über eine Schnittstelle in eine zentrale Prozesseinheit 33 eingelesen. Mittels einer Berechnungssoftware für die kinematischen Verhältnisse zwischen den Bewegungen der Spiegel 8 des ersten Laserstrahlumlenkmittels 5 und des im Bearbeitungsroboter 1 angeordneten Laserstrahlumlenkmittels 21 werden die Daten so weiterverabeitet, dass mit den über eine weitere Schnittstelle ausgegebenen Ausgabedaten die Motoren 25, 27 des ersten Laserstrahlumlenkmittels 5 und des im Roboter angeordneten Laserstrahlumlenkmittels 21 eingeregelt werden können, dass der Laserstrahl die gewünschet Ablenkung erhält. Die gegenseitigen Positionen der Spiegel werden so synchronisiert, dass der Laserstrahl 2 vom ersten Laserstrahlumlenkungsmittel 5 über das im Roboter angeordnete Laserstrahlumlenkungsmittel 21 in den roboterin- ternen Laserweg und somit zu dem Laseraustrittsbereich 22 des Kopfbereiches 11 des Roboters geleitet wird. Die beiden Laserstrahlumlenkmittel 5, 21 können somit auch als Sender und Empfänger von Laserstrahlung betrachtet werden.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserstrahlumlenkmittels, dessen Öffnung im Bereich der zweiten Umlenkachse 32 durch eine Verschlusskappe geschlossen ist.

1: Bearbeitungsroboter
2: Laserstrahl
3: Werkstück
4: Laserstrahlerzeugungsvorrichtung
5: Laserstrahlumlenkmittel
6: Einspeisungsbereich
7: Strecke
8: Spiegel
9: Bühne
10: Armbereich
11: Kopfbereich
12: dritte Roboterachse
13: Achsenummantelung
14: Einfallswinkelbereich
15: Oberseite
21: Laserstrahlumlenkmittel
22: Laseraustrittsbereich
23: vierte Roboterachse
24: Schwenkeinheit
25: Motor
27: Motor
28: Verschlussklappe
29: Wegmesssystem
30: Regelung
31: erste Umlenkachse
32: zweite Umlenkachse
33: zweite Roboterachse
34: Prozesseinheit

Claims

Bearbeitungssystem mit einem Bearbeitungsroboter (1), durch den ein Laserstrahl (2) zur Bearbeitung einem Werkstück (3) zuzuleiten ist, und einer von dem Bearbeitungsroboter (1) beabstandet angeordneten Laserstrahlerzeugungsvorrichtung (4), aus der ein Laserstrahl (2) auszukoppeln und über ein Laserstrahlumlenkmittel (5) zu einem Einspeisungsbereich (6) des Bearbeitungsroboters (1) umzulenken und in diesen einzuspeisen ist, wobei der Übertragungsweg des Laserstrahls (2) zwischen dem Laserstrahlumlenkmittel (5) und dem Einspeisungsbereich (6) zumindest über eine Teilstrecke (7) leiterfrei erfolgt und die Umlenkung des Laserstrahls (2) zu dem Einspeisungsbereich unter Berücksichtigung der jeweiligen Bearbeitungsposition, insbesondere synchronisiert mit der jeweiligen Bearbeitungsbewegung des Bearbeitungsroboters (1) zu regeln ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abstand und Ausrichtung zwischen der Laserstrahlerzeugungsvorrichtung (4) und dem Bearbeitungsroboter (1) nach Maßgabe der Werkstückgröße und Werkstückform einstellbar ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlumlenkmittel (5) einen oder zwei Spiegel (8) aufweist, die den Laserstrahl (2) umlenken, insbesondere in Form eines Scanners.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Übertragungsweg des Laserstrahls (2) zwischen dem Laserstrahlumlenkmittel (5) und dem Einspeisungsbereich (6) ein weiteres Laserstrahlumlenkungsmittels geschaltet ist.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Einspeisungsbereich (6) ein Laserstrahlumlenkungsmittel, insbesondere ein Scanner mit einem oder zwei Spiegeln, derart angeordnet ist, dass der Laserstrahl (2) in einen vorbestimmten Laserstrahlweg des Bearbeitungsroboters (1) zu einem Laseraustrittsbereich (22) im Roboterkopfbereich (11) geleitet wird.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspeisungsbereich (6) ein Armbereich (10) oder ein Kopfbereich (11) des Bearbeitungsroboters (1) ist.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspeisungsbereich (6) in einer hinsichtlich Roboterbewegung und/oder Robotergeschwindigkeit und/oder Roboterfreiheitsgrad und/oder Roboterhub lediglich in vergleichsweise geringem Maße unterliegenden Stelle, insbesondere in einer dritten (12) oder vierten Roboterachse (23) angeordnet ist.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Einspeisungsbereich (6) eine Achsenummantelung (13) zumindest im Einfallsbereich des Laserstrahls (2) offen ist, vorzugsweise mit einem großen Einfallswinkelbereich (14) für den Laserstrahl (2).
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Laserstrahl (2) zugewandte Oberseite (15) der Achse mit dem Einspeisungsbereich (14) praktisch wandungsfrei ist.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bearbeitungsroboter (1) mit jeweils einem Einspeisungsbereich (6) vorgesehen sind.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (2) vom Laserstrahlumlenkmittel (5) je nach Bedarf, vorzugsweise abwechselnd, auf die Einspeisungsbereiche der Bearbeitungsroboter (1) zu lenken ist.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnt, dass der Laserstrahl (2) bis zum Roboterkopf praktisch ein Parallelstrahl ist und erst im Bereich des Roboterkopfes des Bearbeitungsroboters (1) durch ein Fakussierungsmittel zu fokussieren ist.
Bearbeitungssystem nach einem der Anspprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerungsystem zur Steuerung der Bearbeitungsbewegung des Berarbeitungsroboters vorgesehen ist und ein Regelungssystem zur Regelung der Ausrichtung des Laserstrahls (2) zwischen dem Laserstrahlumlenkmittel (5) und der Position des Einspeisungsbereichs (6) und/oder zur Synchronisation der Bewegungen des/der Laserstrahlumlenkmittel (5) und von einem oder mehreren Laserstrahlumlenkmitteln (21) im Einspeisungsbereich (6) vorgesehen ist.
Bearbeitungssystem nach einem der Anspprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest jeweils ein Wegmesssystem (29) zumindest an jeweils einer Roboterachse vorgesehen ist, die jeweils eine Bewegungsachse für die Bewegung im Einspeisungsbereich (6) bilden, und mittels einer Berechnungssoftware für die Positionen und Relativstellungen der Laserstrahlumlenkungsmittel (5, 21) aus den Daten des Messystems (29) die Ausgabedaten für Motoren der Laserstrahlumlenkungsmittel (5, 21) zu berechnen sind und mittels jeweils zumindest einer Regelung (30), die jeweils zumindest einem Motor zur Bewegung der Spiegel der Laserstrahlumlenkungsmittels (5, 21) zugeordnet ist, die Position der Laserstrahlumlenkungsmittel (5, 21) so einzustellen ist, dass der Laserstrahl in einen Laserweg im Bereich einer Roboteroptik zu lenken ist, so dass der Strahl im Laseraustrittsbereich (22) des Kopfbereichs (11) des Roboters austritt.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlerzeugungsvorrichtung (4) ein Hochleistungslaser ist, insbesondere ein CO2-Laser, insbesondere mit einer Ausgangsleistung zwischen etwa 1 und etwa 6 KW.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Laseraustrittsbereich (22) des Laserstrahls (2) aus dem Roboter ein Scanner und/oder eine Schneiddüse vorgesehen ist.
Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserparameter zum Schweißen und/oder Schneiden und/oder Löten eingestellt sind.
Bearbeitungsroboter, insbesondere zum Einsatz in einem Bearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, durch den ein Laserstrahl (2) zur Werkstückbearbeitung zu leiten ist, mit einem Roboterkopfbereich (11) mit Mitteln zum Leiten eines Laserstrahls (2) auf ein Werkstück (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein Einspeisungsbereich (6) zum Einspeisen eines freien Laserstrahls in den Strahlungsweg des Bearbeitungsroboters (1) vorgesehen ist, wobei im Einspeisungsbereich (6) vorzugsweise ein Laserstrahlumlenkungsmittel (21) so eingerichtet und gesteuert ist, dass es den Laserstrahl in den vorbestimmten Strahlungsweg des Roboters zu einem Laseraustrittsbereich (22) des Roboterkopfbereichs (11) leitet.
Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (3) mit einem Laserstrahl (2), wobei der Laserstrahl (2) durch ein Bearbeitungssystem, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17, geleitet wird, wobei der Laserstrahl (2) durch eine Laserstrahlerzeugungsvorrichtung (4) erzeugt wird und durch ein Laserstrahlumlenkmittel (5) zu einem Bearbeitungsroboter (1), insbesondere nach Anspruch 18, umgelenkt wird, wobei der Laserstrahl (2) nach Durchlaufen zumindest einer freien Teilstrecke (7) in einen Einspeisungsbereich (6) des Bearbeitungsroboters (1) so eingespeist wird, dass der Laserstrahl (2) in dem Strahlweg des Bearbeitungsroboters (1) zu einem Laseraustrittsbereich (22) des Roboterkopfbereichs (11) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einspeisungsbereich (6) des Bearbeitungsroboters (1) ein Laserstrahlumlenkungsmittel mit der Winkelposition und der Positionsänderung des einfallenden Laserstrahls (2) derart synchronisiert wird, dass der in den Bearbeitungsroboter (1) von dem Laserstrahlumlenkungsmittel weitergeleitete Laserstrahl einen vorbestimmten Laserstrahlweg zum Austrittsbereich (22) des Roboterkopfbereichs (11) durchläuft.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierung des Laserstrahls (2) erst im Roboterkopfbereich (11) vorgenommen wird.