-
Allgemeiner Stand der Technik
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsmaschine mit einem Flugkörper, und betrifft insbesondere eine Laserbearbeitungsmaschine, die für die Bearbeitung von Komponenten in Produktionsprozessen verwendet wird.
-
Beschreibung des Stands der Technik
-
Systeme, bei denen ein unbemannt fliegender Flugkörper wie etwa eine Drohne oder dergleichen mit der Funktion zur Ausstrahlung eines Laserstrahls versehen sind, sind bekannt (siehe zum Beispiel die Patentoffenlegungsschrift 2014-126299 oder die Patentoffenlegungsschrift 2014-126468).
-
Es sind auch Systeme bekannt, die unter Verwendung eines in der Luft befindlichen unbemannten Fluggeräts wie etwa eines Helikopters oder dergleichen als Laserstrahl-Relaisstation einen Laserstrahl zu einem Zielobjekt außerhalb eines Sichtbereichs ausstrahlen (siehe zum Beispiel die Patentoffenlegungsschrift 2009-162453).
-
Außerdem ist auch eine Vorrichtung bekannt, die unter Verwendung eines in einem Multikopter eingerichteten Laserscanners die dreidimensionale Form eines Objekts aus der Luft misst (siehe zum Beispiel die Patentoffenlegungsschrift 2016-107843).
-
Die oben beschriebenen herkömmlichen Techniken beabsichtigen keine Verwendung bei der Bearbeitung von Komponenten in Produktionsprozessen und verfügen daher nicht über die Funktion, die für die Komponentenbearbeitung erforderliche Bestrahlungsposition mit einer gewünschten Präzision zu scannen. Herkömmliche Laserbearbeitungsmaschinen, die für die Bearbeitung von Komponenten verwendet werden, sind so ausgeführt, das ein Bearbeitungskopf, der Laserlicht ausstrahlt, und ein Bearbeitungsobjekt (ein Werkstück) relativ bewegt werden, wobei konkret eine Orthogonalachsen-Werkzeugmaschine, ein Roboter oder ein Positionierer oder dergleichen verwendet wird. Doch herkömmliche Laserbearbeitungsmaschinen weisen im Hinblick auf die Größe von Werkstücken, deren Laserbearbeitung möglich ist, und die Lage des Bearbeitungskopfs in Bezug auf das Werkstück bestimmte Beschränkungen auf, und im Fall der Vornahme einer Laserbearbeitung, die über diesen Beschränkungsbereich hinausgeht, ist es nötig, speziell eine unterschiedliche Laserbearbeitungsmaschine zu konzipieren und vorzubereiten.
-
Es gibt keine herkömmliche Technik, bei der ein System, bei dem ein Flugkörper mit der Funktion zur Laserausstrahlung versehen wurde, für eine Laserbearbeitung, bei der eine vergleichsweise hohe Präzision benötigt wird, angewendet wird.
-
Kurzdarstellung der Erfindung
-
Eine Form der vorliegenden Offenbarung ist eine Laserbearbeitungsmaschine, die einen Flugkörper, der sich schwebend in einem Raum bewegen kann; einen Bearbeitungskopf, der an dem Flugkörper eingerichtet ist und so ausgeführt ist, dass er Laserlicht ausstrahlt; eine Positions/Lagendetektionseinheit, die die Position und die Lage des Bearbeitungskopfs in Bezug auf ein Bearbeitungsobjekt detektiert; eine Bestrahlungspositionsänderungseinheit, die die Bestrahlungsposition des von dem Bearbeitungskopf ausgestrahlten Laserlichts auf Basis der durch die Positions/Lagendetektionseinheit detektierten Position und Lage des Bearbeitungskopfs ändern kann; und einen Laseroszillator, der dem Bearbeitungskopf das Laserlicht liefert, umfasst.
-
Figurenliste
-
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehende Erklärung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen noch klarer werden. In den Zeichnungen
- ist 1 eine Ansicht, die ein grundlegendes Aufbaubeispiel einer Laserbearbeitungsmaschine nach einer Ausführungsform zeigt;
- ist 2a eine Ansicht, die als ein Beispiel für eine Laserbearbeitung ein Schneiden vereinfacht darstellt;
- ist 2b eine Ansicht, die als anderes Beispiel für die Laserbearbeitung ein Laserschweißen vereinfacht darstellt;
- ist 3 eine Ansicht, die ein konkretes Aufbaubeispiel einer Laserbearbeitungsmaschine zeigt;
- ist 4a eine Ansicht, die ein Beispiel für das Messen/Korrigieren der Position oder der Lage eines Bearbeitungskopfs durch eine Positions/Lagendetektionseinheit zeigt;
- ist 4b eine Ansicht, die ein Beispiel für das Messen/Korrigieren der Position oder der Lage des Bearbeitungskopfs durch die Positions/Lagendetektionseinheit zeigt;
- ist 5 eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Galvanomechanismus zeigt;
- ist 6 eine Ansicht, die ein Aufbaubeispiel von zusätzlichen Achsen, die die Position oder die Lage des Bearbeitungskopfs ändern, zeigt;
- ist 7a eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Lagenänderungsmechanismus des Bearbeitungskopfs zeigt;
- ist 7b eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem die Lage des Bearbeitungskopfs aus dem Zustand von 7a geändert wurde;
- ist 8 eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem ein Flugkörper an eine komplizierte Stelle vordringt und eine Laserbearbeitung vornimmt.
- ist 9 eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Faserumschalter zeigt.
-
Ausführliche Erklärung
-
1 ist eine Ansicht, die ein grundlegendes Aufbaubeispiel einer Laserbearbeitungsmaschine 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die Laserbearbeitungsmaschine 10 umfasst einen ferngesteuerten Flugkörper 12 wie etwa eine Drohne, einen Multikopter oder dergleichen, einen Bearbeitungskopf 14, der an dem Flugkörper 12 eingerichtet ist und so ausgeführt ist, dass er Laserlicht ausstrahlt, eine Positions/Lagendetektionseinheit 18, die die Position und die Lage des Bearbeitungskopfs 14 in Bezug auf ein Bearbeitungsobjekt (ein Werkstück) 16 detektiert, eine Bestrahlungspositionsänderungseinheit, die die Bestrahlungsposition (die Bestrahlungsrichtung) des von dem Bearbeitungskopf 14 ausgestrahlten Laserlichts 19 auf Basis der durch die Positions/Lagendetektionseinheit 18 detektierten Position und Lage des Bearbeitungskopfs 14 ändern kann, und einen Laseroszillator 22, der dem Bearbeitungskopf 14 das Laserlicht liefert. Die „Laserbearbeitung“ in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung ist eine Bearbeitung von Komponenten unter Verwendung eines Lasers, die gewöhnlich in Produktionsprozessen oder Untersuchungsprozessen in einem Werk vorgenommen wird, und soll neben einem Markieren, einem Laserschweißen, einem Bohren, einem Schneiden, einem Sintern, einem Plattieren und dergleichen auch Bearbeitungen, bei denen sich das Aussehen oder die Form des Bestrahlungsobjekts nicht verändert (zum Beispiel Wärmebehandlungen wie ein Härten oder ein Brennen), umfassen.
-
Die Bearbeitung einer Komponente durch einen Laser hat normalerweise eine hochpräzise Bearbeitung durch die Eigenschaften eines Laserstrahls, dessen Energie an einer kleinen Stelle konzentriert werden kann, zum Ziel, weshalb für die Bestrahlungsstelle eine bestimmte Präzision erforderlich ist. Zum Beispiel ist es bei einer in 2a beispielhaft gezeigten Schneidebearbeitung zum Ausschneiden einer bestimmten Form 17a aus einem Werkstück 16 nötig, das Laserlicht 19 von dem Bearbeitungskopf 14 entlang der Kontur der Form 17a zu führen. Bei einem in 2b beispielhaft gezeigten Schweißen ist das Werkstück 16 ein aus mehreren Komponenten 16a und 16b bestehendes vereinigtes Objekt und ist es nötig, die Bestrahlung mit dem Laserlicht 19 von dem Bearbeitungskopf 17 präzise entlang einer im Allgemeinen als Linie auftretenden bestimmten Form (Verbindungsbereich) 17b zu führen. Somit ist die Laserbearbeitungsmaschine nach der vorliegenden Offenbarung so ausgeführt, dass sie nicht einfach Laserlicht zu dem gesamten Werkstück strahlt, sondern das Laserlicht mit einer bestimmten Präzision entlang einer bestimmten Form führt.
-
Der Flugkörper 12 ist ein schwebefähiger (stillstehend flugfähiger) Flugkörper wie etwa zum Beispiel ein Multikopter, der neben dem Bearbeitungskopf 14 mehrere Rotorblätter 24 wie Propeller, Motoren 26, die diese Propeller drehend antreiben, eine Batterie 28, die die Motoren mit Strom versorgt, einen Flugregler 30, der vom Boden (einem darauf eingerichteten drahtlosen Sender) Befehle empfängt und den Flug des Flugkörpers 12 steuert, einen Rumpf (Rahmen) 32, der diese Elemente verbindet und hält, und dergleichen aufweisen kann, wobei auf eine ausführliche Erklärung jener Elemente davon, für die konventionelle Elemente ausreichend sind, verzichtet werden wird. Diese Elements stellen jedoch nur Beispiele dar, und solange der Flugkörper 12 mit einem Bearbeitungskopf versehen ist und sich an eine bestimmte Stelle bewegen (fliegen) kann, können beliebige Elemente verwendet werden. Außerdem verfügt der Flugkörper 12 vorzugsweise über eine Schwebefunktion, doch ist dies ebenfalls nicht unbedingt erforderlich. Der Flugkörper 12 des gezeigten Beispiels ist als ferngesteuertes unbemanntes Flugobjekt ausgeführt, doch besteht keine Beschränkung darauf und ist es auch möglich, in dem Flugkörper 12 eine Steuereinheit (nicht dargestellt) wie etwa einen Prozessor oder dergleichen einzurichten.
-
Bei dem gezeigten Beispiel ist der Laseroszillator 22 nicht in dem Flugkörper 12, sondern an einer bestimmten Position wie etwa am Boden oder dergleichen in einem Werk ausgebildet und über eine optische Faser 34 an den Bearbeitungskopf 14 angeschlossen. Doch wenn der Laseroszillator 22 vergleichsweise klein ist oder das Gewicht, das der Flugkörper 12 tragen kann, vergleichsweise groß ist, ist es auch möglich, den Laseroszillator 22 in dem Flugkörper 12 einzurichten, wobei der Laseroszillator 22 in diesem Fall über ein Stromkabel oder dergleichen an eine am Boden oder dergleichen ausgebildete Stromquelle (nicht dargestellt) angeschlossen wird. Da ein Stromkabel im Allgemeinen über eine höhere Biegsamkeit als eine optische Faser verfügt, ist es durch Einrichten des Laseroszillators 22 in dem Flugkörper 12 möglich, den Beweglichkeitsbereich des Flugkörpers 12 zu vergrößern.
-
Oder wenn auch die Stromquelle (wie etwa die Batterie 28), die dem Laseroszillator 22 Strom liefert, kleinformatig ist, kann auch die Stromquelle in dem Flugkörper 12 eingerichtet werden. Da es in diesem Fall nicht nötig wird, ein Kabel oder dergleichen vom Boden an den Flugkörper 12 anzuschließen, wenn der Flugkörper 12 drahtlos gesteuert wird oder in dem Flugkörper 12 eine Steuereinheit eingerichtet wird, kann der Beweglichkeitsbereich des Flugkörpers 12 stark vergrößert werden.
-
Eine Technik, bei der ein Flugkörper an einen in einem Fahrzeug oder dergleichen eingerichteten Laseroszillator angeschlossen wird und ein Laser auf ein entferntes stillstehendes Zielobjekt außerhalb eines Sichtbereichs gestrahlt wird, ist bekannt, doch eine Technik, die einen Flugkörper für eine Laserbearbeitung von Komponenten auf einer Produktionsstraße oder dergleichen in einem Werk verwendet, ist nicht bekannt. Da bei der in 1 gezeigten Laserbearbeitungsmaschine die in dem Flugkörper 12 eingerichtete Positions/Lagendetektionseinheit 18 verwendet wird, die Position und die Lage des Bearbeitungskopfs 14 in Bezug auf das Werkstück 16 ermittelt werden, und die Bestrahlungsrichtung des Laserlichts 19 so geändert werden kann, dass das Laserlicht 19 auf eine bestimmte Stelle des Werkstücks 16 gestrahlt wird, ist die Vornahme einer Bearbeitung mit der gleichen Präzision wie bei einer Laserbearbeitung, die herkömmlich unter Einrichtung eines Bearbeitungskopfs an einem Roboter vorgenommen wurde, möglich. Da die Position des Bearbeitungskopfs 14 durch die Positions/Lagendetektionseinheit 18 sequentiell (mit einer passenden Steuerperiode) gemessen und korrigiert werden kann, ist auch dann eine Laserbearbeitung, bei der eine bestimmte Präzision beibehalten wird, möglich, wenn sich eines oder beide aus dem Werkstück 16 und dem Flugkörper 12 in Bewegung befinden. Außerdem ist auch dann eine Laserbearbeitung, bei der eine bestimmte Präzision beibehalten wird, möglich, wenn es bei der tatsächlichen Position und Lage des Werkstücks 16 zu einer Abweichung von einer vorab festgelegten Position und Lage kommt. Und da ein Flugkörper 12 auch an komplizierte Stellen, die von einem Roboter oder dergleichen nicht erreicht werden können, vordringen kann, kann eine Laserbearbeitung des Werkstücks 16 aus verschiedenen Winkeln vorgenommen werden.
-
Der Großteil der herkömmlichen Laserbearbeitungsmaschinen, die für eine Herstellung oder Bearbeitung von Komponenten angeboten werden, treibt den Bearbeitungskopf oder das Werkstück durch einen Servomotor an. Noch konkreter wird eine Orthogonalachsen-Werkzeugmaschine, ein Roboter oder ein Positionierer oder dergleichen verwendet. Da es bei einer derartigen Bearbeitungsmaschine nicht rational ist, die Maschine unnötig groß oder kompliziert auszuführen, sind der Beweglichkeitsbereich und die Lage des Bearbeitungskopfs in Bezug auf das Werkstück auf einen Bereich beschränkt, der vorab gemäß den Abmessungen oder der Form des Werkstücks konzipiert wurde. Daher ist es dann, wenn sich die Abmessungen oder die Form eines Werkstücks so unterscheiden, dass sie über diesen vorab konzipierten Bereich hinausgehen, nötig, speziell eine andere Laserbearbeitungsmaschine zu konzipieren und vorzubereiten. Da im Gegensatz dazu bei der Laserbearbeitungsmaschine 10 nach der vorliegenden Offenbarung eine Laserbestrahlung des Werkstücks aus einer beliebigen Position in einer beliebigen Lage möglich ist, können mit einem System (einer Laserbearbeitungsmaschine) Werkstücke mit verschiedenen Abmessungen/Formen bearbeitet werden. Da bei einer mechanischen Bearbeitung (Schleifen, Schneiden oder dergleichen) eine Bearbeitungsreaktionskraft in einem dem Werkzeug oder dergleichen entsprechenden Ausmaß wirkt, besteht dann, wenn ein Schleifwerkzeug oder dergleichen an einem Flugkörper eingerichtet wird und eine Bearbeitung vorgenommen wird, die Gefahr, dass durch die Bearbeitungsreaktionskraft eine Positionsverschiebung des Flugkörpers auftritt und sich die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechtert, doch da bei einer Laserbearbeitung fast keine Bearbeitungsreaktionskraft auf den Bearbeitungskopf wirkt, kommt es auch bei Einrichtung des Bearbeitungskopfs an einem Flugkörper nicht zu einer Positionsverschiebung oder dergleichen des Bearbeitungskopfs durch die Bearbeitungsreaktionskraft, so dass eine hochpräzise Laserbearbeitung vorgenommen werden kann.
-
3 ist eine Ansicht, die ein konkretes Aufbaubeispiel der Laserbearbeitungsmaschine 10 zeigt. Ein ideales konkretes Beispiel für die Positions/Lagendetektionseinheit 18 umfasst eine an dem Flugkörper 12 angebrachte Aufnahmevorrichtung (zum Beispiel eine 2D- oder eine 3D-Kamera) 18 und eine Bildverarbeitungsvorrichtung 36, die die Messdaten (Bilddaten) der Kamera 18 drahtlos oder dergleichen empfängt und das Bild, das die Kamera 18 erhalten hat, verarbeitet. Das Bildverarbeitungsergebnis der Bildverarbeitungsvorrichtung 36 wird an eine Hauptsteuervorrichtung 38, die den Flug des Flugkörpers 12 steuert, gesendet. Die Hauptsteuervorrichtung 38 ermittelt auf Basis des Bildverarbeitungsergebnisses die Position und die Lage des Bearbeitungskopfs 14 in Bezug auf das Werkstück 16 und steuert auf Basis der ermittelten Position und Lage und eines bestimmten Bearbeitungsprogramms und dergleichen den Flug (die Position und die Lage) des Flugkörpers 12 und sendet Daten im Zusammenhang mit der Position und der Lage des Bearbeitungskopfs 14 an eine Scannersteuervorrichtung 40. Die Scannersteuervorrichtung 40 steuert die Bestrahlungspositionsänderungseinheit 20 auf Basis der gesendeten Daten und ändert die Laserbestrahlungsrichtung passend. Durch die Detektion der Position und der Lage unter Verwendung der Kamera und der Bildverarbeitungsvorrichtung wird eine Änderung/Korrektur der Position und der Lage des Bearbeitungskopfs mit einer höheren Präzision und einem höheren Ansprechvermögen als bei Verwendung von GPS oder eines Kreiselsensors möglich.
-
4a und 4b zeigen Beispiele für das Messen/Korrigieren durch die Positions/Lagendetektionseinheit 18 bei Vornahme einer wie in 2a gezeigten Laserbearbeitung (Schneiden). Die Positions/Lagendetektionseinheit 18 kann die relative Position und Lage des Bearbeitungskopfs 14 in Bezug auf das Werkstück 16 durch Aufnehmen des Werkstücks 16 mit einer bestimmten Genauigkeit detektieren. Die Hauptsteuervorrichtung 38 oder die Scannersteuervorrichtung 40 korrigiert die Bestrahlungsposition des Laserlichts 19 unter Verwendung der durch die Detektion erhaltenen Informationen und führt dadurch eine Komponentenbearbeitung aus, bei der das Laserlicht unter Beibehaltung einer bestimmten Präzision geführt wird. In 4a und 4b unterscheiden sich die Position und die Lage des Bearbeitungskopfs 14 in Bezug auf das Werkstück 16 zwar, doch ist es durch Vornehmen einer Messung/Korrektur durch die Positions/Lagendetektionseinheit (Kamera) 18 in beiden Fällen möglich, Laserlicht mit einer bestimmten Präzision zu einer bestimmten Stelle 17a des Werkstücks 16 auszustrahlen.
-
Außerdem kann die Hauptsteuervorrichtung 38 auf Basis des Bearbeitungsprogramms einen Befehl bezüglich der Laserausstrahlung an eine Lasersteuervorrichtung 42, die den Laseroszillator 22 steuert, senden. Konkret können in dem Befehl von der Hauptsteuervorrichtung 38 an die Lasersteuervorrichtung 42 die Leistung, die Frequenz und das Tastverhältnis, die Laserbestrahlungsbedingungen darstellen, enthalten sein. Oder es ist auch möglich, dass vorab verschiedene Bestrahlungsbedingungen in einem Speicher oder dergleichen in der Lasersteuervorrichtung 42 gespeichert wurden und in dem Befehl von der Hauptsteuervorrichtung 38 eine Anweisung, welche Bestrahlungsbedingungen in dem Speicher verwendet werden sollen, und eine Anweisung bezüglich des Timings des Beginns und des Endes der Bestrahlung enthalten sind.
-
Der Laseroszillator 22 bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Laserlichtquelle, die dem Bearbeitungskopf 14 Laserlicht liefert, wobei für die Art des Lasers, der durch den Laseroszillator 22 oszilliert wird, beispielsweise ein Faserlaser, ein CO2-Laser, ein YAG-Laser oder dergleichen angeführt werden kann, aber auch andere Arten von Lasern verwendbar sind. Durch das Senden und Empfangen von Befehlen mit einer passenden Steuerperiode in den oben genannten Steuervorrichtungen kann eine Laserbearbeitung mit einer für die praktische Verwendung ausreichenden Präzision vorgenommen werden. In 2 sind die Bildverarbeitungsvorrichtung 36, die Hauptsteuervorrichtung 38, die Scannersteuervorrichtung 40 und die Lasersteuervorrichtung 42 jeweils als gesonderte Rechenverarbeitungsvorrichtungen (Prozessoren) oder dergleichen angegeben, doch können auch einige davon zusammengefasst als faktisch eine Vorrichtung ausgeführt werden. Zum Beispiel kann die (Funktion der) Scannersteuervorrichtung 40 auch in die Hauptsteuervorrichtung 38 aufgenommen werden. Oder es ist auch möglich, wenigstens eine dieser Steuervorrichtungen in dem Flugkörper 12 einzurichten.
-
5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem der Bearbeitungskopf 14 ein Laserscanner ist, der als Bestrahlungspositionsänderungseinheit 20 einen Galvanoscanner aufweist. Konkret ist in den Bearbeitungskopf 14 ein Galvanomechanismus 44, der die Ausstrahlungsrichtung des Laserlichts zu einer beliebigen Richtung ändern kann, als Mechanismus, der die Laserbestrahlungsposition ändern kann, aufgenommen, und umfasst der Galvanomechanismus 44 wenigstens eine Gruppe (bei dem dargestellten Beispiel zwei Gruppen) aus einem Galvanomotor 46 und einem Spiegel 48. Noch konkreter ist an dem vorderen Endbereich jedes Galvanomotors 46 ein Spiegel 48, der das Laserlicht reflektiert, angebracht und kann der Ausstrahlungswinkel des von dem Laseroszillator einstrahlenden Laserlichts durch Regulieren des Drehwinkels des Galvanomotors 46 beliebig geändert werden. Wie beispielhaft gezeigt kann die Laserbestrahlungsposition in einer Ebene durch Verwenden von zwei Gruppen von Galvanomotoren 46 und Spiegeln 48 beliebig reguliert werden.
-
Da der Galvanomechanismus durch eine Spannungssteuerung angetrieben wird, wird ein Betrieb mit einem äußerst hohen Ansprechvermögen möglich. Daher kann die Laserausstrahlungsrichtung auch ohne Ändern der Position des Flugkörpers 12 oder der Ausrichtung des Bearbeitungskopfs 14 rasch geändert werden und kann auch eine Laserbearbeitung wie eine Konturenbearbeitung mit einer hohen Präzision vorgenommen werden. Doch die Bestrahlungsrichtungsänderungseinheit ist nicht auf einen Galvanomechanismus beschränkt, es kann zum Beispiel auch ein Resonanzscanner oder ein Linsenmechanismus, wodurch die Brennweite des Laserlichts beliebig geändert wird, verwendet werden. Es ist auch möglich, an dem Bearbeitungskopf 14 zusätzliche Achsen auszubilden und durch Ändern eines oder beider aus der Position und der Lage des Bearbeitungskopfs 14 eines oder beide aus der Bestrahlungsposition und der Bestrahlungsrichtung zu ändern.
-
6 zeigt ein Aufbaubeispiel, bei dem das Scannen und Ändern der Bestrahlungsposition des Laserlichts durch zusätzliche Achsen ermöglicht wird. Der Flugkörper 12 weist erste zusätzliche Achsen 51, die in Bezug auf den Rumpf (Rahmen) 32 in einer ersten Richtung 49 beweglich angebracht sind, und eine zweite zusätzliche Achse 55, die in Bezug auf die ersten zusätzlichen Achsen 51 in einer von der ersten Richtung 49 verschiedenen (vorzugsweise zu der ersten Richtung 49 orthogonalen) zweiten Richtung beweglich angebracht ist, auf, und der Bearbeitungskopf 14 ist an der zweiten zusätzlichen Achse 55 angebracht. Auf diese Weise wird der Bearbeitungskopf 14 unter Verwendung wenigstens einer zusätzlichen Achse (und vorzugsweise zwei oder mehr davon) in Bezug auf den Rumpf des Flugkörpers innerhalb eines bestimmten Bereichs beweglich ausgeführt, und werden dadurch ein Scannen der Laserbearbeitungsposition zur Komponentenbearbeitung und eine Korrektur auf Basis von Informationen der Position/Lagendetektionseinheit möglich.
-
7a und 7b sind Ansichten zur Erklärung eines Lagenänderungsmechanismus, der die Lage des Bearbeitungskopfs 14 in Bezug auf den Rumpf (den Rahmen 32 und dergleichen) des Flugkörpers 12 ändert. Wenn der Bearbeitungskopf 14 ein Laserscanner ist und eine zusätzliche Achse aufweist, kann die Bestrahlungsrichtung des Lasers auch ohne Änderung der Position und der Lage des Flugkörpers 12 innerhalb eines bestimmten Bereichs geändert werden, doch wenn die Laserbestrahlungsrichtung in einem großen Ausmaß geändert werden soll (zum Beispiel die vertikal gerichtete Komponente der Bestrahlungsrichtung von abwärts gerichtet zu aufwärts gerichtet geändert werden soll), kann dem innerhalb des Beweglichkeitsbereichs des Scanners nur schwer entsprochen werden. Dies liegt daran, dass der Flugkörper 12, wenn der Flugkörper 12 zum Beispiel ein Multikopter ist, nicht in einer vertikal umgekehrten Lage behalten werden kann.
-
Nun kann zum Beispiel wie in 7a gezeigt ein Antriebsmechanismus 52, der den Bearbeitungskopf 14 in Bezug auf den Rumpf 32 um eine ungefähr waagerecht gerichtet verlaufende Achsenlinie 50 drehen kann, als Lagenänderungsmechanismus ausgebildet werden. Wie zum Beispiel in 7b gezeigt kann die Laserbestrahlungsrichtung 54 durch Drehen des Bearbeitungskopfs 14 um 90 ° oder mehr um die Achsenlinie 50 unter Verwendung des Lagenänderungsmechanismus 52 so geändert werden, dass ihre vertikale Komponente von abwärts gerichtet zu aufwärts gerichtet geändert wird, und zum Beispiel kann die Laserbestrahlungsrichtung bei einer Drehung um 180 Grad gänzlich umgekehrt werden. Durch Verwenden eines derartigen Lagenänderungsmechanismus 52 kann die Laserbestrahlungsrichtung auch ohne Änderung der Lage des Flugkörpers 14 auf allerlei Richtungen eingerichtet werden, wodurch der Freiheitsgrad bei der Laserbearbeitung stark vergrößert wird.
-
8 zeigt ein Beispiel dafür, dass der Flugkörper 12 Bearbeitungen einer komplizierten Stelle in verschiedenen Winkeln vornehmen kann. Bei Verwendung einer Universal-Werkzeugmaschine oder eines Roboters ist es schwierig, tief in das Innere eines Werkstücks vorzudringen und eine Bearbeitung vorzunehmen, und tatsächlich ist es nötig, die Länge des Arms oder den Winkel, in dem der Bearbeitungskopf gehalten wird, je nach dem Arbeitsinhalt gesondert zu konzipieren oder einzurichten. Doch bei dem Beispiel von 8 kann sich der Flugkörper 12 selbst dann, wenn das Werkstück 16 eine komplizierte Form aufweist, durch Ausbilden eines Öffnungsbereichs 62, der dem Flugkörper 12 ein Eindringen in das Innere ermöglicht, einer bestimmten Bearbeitungsstelle 64 nähern und unter passender Änderung der Laserbestrahlungsrichtung 54 des Bearbeitungskopfs 14 unter Verwendung der oben beschriebenen Bestrahlungspositionsänderungseinheit oder des oben beschriebenen Lagenänderungsmechanismus eine gewünschte Laserbearbeitung vornehmen. Folglich wird durch das Verwenden des Flugkörpers 12 ein vorheriges Konzipieren oder Einrichten der Bearbeitungsmaschine unnötig.
-
9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem ein Faserumschalter (Strahlumschalter) ausgebildet ist, wenn mehrere Flugkörper und ein Laseroszillator durch optische Fasern verbunden sind. Wenn zum Beispiel Laserlicht von einem Laseroszillator 22 unter Verwendung von optischen Fasern 34 zu zwei Flugkörpern 12a und 12b geliefert wird, kann durch Ausbilden eines Faserumschalters 56 an den optischen Fasern 34 ein Bearbeitungssystem mit einer noch höheren Betriebsleistungsfähigkeit aufgebaut werden oder ein Bearbeitungssystem, das noch breiter gefächerten Bearbeitungsverfahren entsprechen kann, aufgebaut werden.
-
Wenn der Faserumschalter 56 zum Beispiel von einer solchen Art ist, dass das Laserlicht von dem Laseroszillator 22 zeitaufgeteilt nur zu einem Flugkörper geliefert wird (das sogenannte Time-Sharing), kann sich der Flugkörper 12b während einer Laserbearbeitung unter Verwendung des Flugkörpers 12a an eine Stelle, an der eine nächste Laserbearbeitung vorgenommen wird, bewegen (fliegen) und dort in einem Wartezustand gehalten werden, so dass die Bearbeitung durch den wartenden Flugkörper 12b sofort nach dem Abschluss der Bearbeitung durch den Flugkörper 12a begonnen werden kann, wodurch die gesamte Zykluszeit verkürzt werden kann.
-
Oder wenn der Faserumschalter 56 von einer solchen Art ist, dass das Laserlicht von dem Laseroszillator 22 in einem bestimmten Verhältnis zu beiden Flugkörpern geliefert wird (das sogenannte Power-Sharing), ist es neben einer gleichzeitigen Vornahme von gesonderten Laserbearbeitungen durch die beiden Flugkörper auch möglich, ein Werkstück durch die beiden Flugkörper gleichzeitig aus unterschiedlichen Richtungen mit einem Laser zu bestrahlen, so dass neben einer Verkürzung der Zykluszeit auch eine Vornahme von Laserbearbeitungen, die mit einem Bearbeitungskopf nicht durchführbar sind, wie etwa eine gleichzeitige Laserbestrahlung beider Flächen eines Werkstücks oder dergleichen, möglich werden.
-
Der Faserumschalter 56 des dargestellten Beispiels ist mit einem Eingangsanschluss, der an den Laseroszillator 22 angeschlossen wird, und zwei Ausgangsanschlüssen 60a und 60b, die jeweils an die Flugkörper 12a und 12b angeschlossen werden, versehen, doch ist es selbstverständlich auch möglich, einen Faserumschalter, der mit drei oder mehr Ausgangsanschlüssen versehen ist, zu verwenden, so dass gleichzeitig drei oder mehr Flugkörper betrieben werden können.
-
Durch diese Form der vorliegenden Offenbarung kann eine Laserbearbeitungsmaschine bereitgestellt werden, die durch einen Laser, der von einem Flugkörper ausgestrahlt, eine Bearbeitung, bei der ein Laserstrahl mit einer bestimmten Präzision gescannt wird, vornehmen kann, und bei der die Beschränkungen im Hinblick auf die Abmessungen und die Form des Bearbeitungsobjekts geringer als bei einer herkömmlichen Laserbearbeitungsmaschine sind.
