DE102020112330A1

DE102020112330A1 - Workpiece processing device

Info

Publication number: DE102020112330A1
Application number: DE102020112330.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Limmer; Christian Coninx
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2021-11-11

Abstract

Werkstückbearbeitungsvorrichtung (10), mit einem Grundkörper (11), der entlang seiner Längsrichtung, die sich zwischen einem und einem zweiten Endabschnitt (12, 13) erstreckt, linear verlagerbar und/oder in seiner Länge veränderbar ist, mit einer an dem ersten Endabschnitt (12) ausgebildeten Schnittstelle (15) zur Ankopplung an eine Handhabungseinrichtung, mit einem an dem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt (13) ausgebildeten Bearbeitungskopf (16), der sich senkrecht zur Längsrichtung des Grundkörpers (11) erstreckt, mit einer im Grundkörper (11) und im Bearbeitungskopf (16) zumindest abschnittsweise innenliegenden Medienführung für einen Werkstoff und ein Fördergas und/oder ein Prozessgas und/oder Druckluft und/oder ein Kühlmittel und/oder elektrische Energie und einen Laserstrahl, wobei die jeweilige Medienführung des Grundkörpers (11) das jeweilige Medium ausgehend vom ersten Endabschnitt (12) in Richtung auf den zweiten Endabschnitt (13) führt und dort senkrecht zur Längsrichtung des Grundkörpers (11) umlenkt und in die jeweilige Medienführung des Bearbeitungskopfs (16) einführt, wobei das jeweilige Medium aus dem Bearbeitungskopf (16) senkrecht zur Längsrichtung des Grundkörpers (11) in Richtung auf ein zu bearbeitendes Werkstück herausführbar ist, mit mindestens einem im Grundkörper (11) aufgenommen, austauschbaren Spiegel (19, 20, 21) als Bestandteil der Medienführung für den Laserstrahl, und mit mindestens einer vom Bearbeitungskopf (16) aufgenommen, austauschbaren Düse (24) als Bestandteil der Medienführung für den Werkstoff.Workpiece processing device (10), with a base body (11), which can be linearly displaced and / or changed in length along its longitudinal direction, which extends between one and a second end section (12, 13), with one on the first end section ( 12) formed interface (15) for coupling to a handling device, with a processing head (16) formed on the opposite second end section (13), which extends perpendicular to the longitudinal direction of the base body (11), with one in the base body (11) and in the Processing head (16), at least in sections, internal media guide for a material and a conveying gas and / or a process gas and / or compressed air and / or a coolant and / or electrical energy and a laser beam, the respective media guide of the base body (11) starting from the respective medium from the first end section (12) in the direction of the second end section (13) and there perpendicular to the longitudinal direction ung of the base body (11) and introduces it into the respective media guide of the processing head (16), wherein the respective medium can be guided out of the processing head (16) perpendicular to the longitudinal direction of the base body (11) in the direction of a workpiece to be processed, with at least one Received in the base body (11), replaceable mirror (19, 20, 21) as part of the media guide for the laser beam, and with at least one replaceable nozzle (24) received by the processing head (16) as part of the media guide for the material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung.The invention relates to a workpiece processing device.

Aus der Fertigungstechnik bzw. Produktionstechnik sind unterschiedlichste Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken bekannt. Hierzu zählen zum Beispiel das Laserpulverauftragsschweißen oder das additive Schweißen, um über ein derartiges Schweißverfahren einen Werkstoff auf das zu bearbeitende Werkstück aufzubringen. Ferner sind Wärmebehandlungsverfahren, Reinigungsverfahren und Trennverfahren aus der Werkstückbearbeitung bekannt. Abhängig vom zu bearbeitenden Werkstück ist dasselbe an einer innenliegenden Fläche und/oder an einer außenliegenden Fläche mit einem entsprechenden Bearbeitungsverfahren zu bearbeiten. Hierzu kommen bislang jeweils an die jeweilige Bearbeitungsaufgabe speziell angepasste Bearbeitungsvorrichtungen zum Einsatz. Es besteht Bedarf an einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung, die unterschiedlichste Bearbeitungsaufgaben ausführen kann.A wide variety of methods for machining workpieces are known from manufacturing technology or production technology. These include, for example, laser powder deposition welding or additive welding, in order to apply a material to the workpiece to be processed using such a welding process. Furthermore, heat treatment processes, cleaning processes and cutting processes are known from workpiece machining. Depending on the workpiece to be machined, the same is to be machined on an inner surface and / or on an outer surface with a corresponding machining method. For this purpose, processing devices specially adapted to the respective processing task have so far been used. There is a need for a workpiece machining device that can perform a wide variety of machining tasks.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Werkstückbearbeitungsvorrichtung zu schaffen.Proceeding from this, the invention is based on the object of creating a novel workpiece machining device.

Diese Aufgabe wird durch eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a workpiece processing device according to claim 1.

Die erfindungsgemäße Werkstückbearbeitungsvorrichtung weist einen Grundkörper auf, der entlang seiner Längsrichtung, die sich zwischen einem ersten Endabschnitt des Grundkörpers und einem zweiten Endabschnitt des Grundkörpers erstreckt, linear verlagerbar und/oder in seiner Länge veränderbar ist.The workpiece machining device according to the invention has a base body which is linearly displaceable and / or variable in length along its longitudinal direction, which extends between a first end section of the base body and a second end section of the base body.

An dem ersten Endabschnitt des Grundkörpers der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung ist eine Schnittstelle zur Ankopplung der Werkstückbearbeitungsvorrichtung an eine Handhabungseinrichtung ausgebildet.An interface for coupling the workpiece machining device to a handling device is formed on the first end section of the base body of the workpiece machining device according to the invention.

An dem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt des Grundkörpers der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung ist ein Bearbeitungskopf ausgebildet, wobei sich der Bearbeitungskopf senkrecht zur Längsrichtung des Grundkörpers erstreckt.A machining head is formed on the opposite, second end section of the base body of the workpiece machining device according to the invention, the machining head extending perpendicular to the longitudinal direction of the base body.

Die erfindungsgemäße Werkstückbearbeitungsvorrichtung weist eine im Grundkörper und im Bearbeitungskopf zumindest abschnittsweise innenliegende Medienführung für einen Werkstoff und ein Fördergas und/oder ein Prozessgas und/oder Druckluft und/oder ein Kühlmittel und/oder elektrische Energie und einen Laserstrahl auf, wobei die jeweilige Medienführung des Grundkörpers das jeweilige Medium ausgehend vom ersten Endabschnitt des Grundkörpers in Richtung auf den zweiten Endabschnitt des Grundkörpers führt und dort senkrecht zur Längsrichtung des Grundkörpers umlenkt und in die jeweilige innenliegenden Medienführung des Bearbeitungskopfs einführt, und wobei das jeweilige Medium aus dem Bearbeitungskopf senkrecht zur Längsrichtung des Grundkörpers in Richtung auf ein zu bearbeitendes Werkstück herausführbar ist.The workpiece machining device according to the invention has a media guide for a material and a conveying gas and / or a process gas and / or compressed air and / or a coolant and / or electrical energy and a laser beam, at least in sections in the base body and in the machining head, the respective media guide of the base body guides the respective medium starting from the first end section of the base body in the direction of the second end section of the base body and deflects it there perpendicular to the longitudinal direction of the base body and introduces it into the respective inner media guide of the processing head, and the respective medium from the processing head perpendicular to the longitudinal direction of the base body in Can be led out towards a workpiece to be machined.

Im Grundkörper der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung ist als Bestandteil der Medienführung für den Laserstrahl mindestens ein austauschbarer Spiegel aufgenommen.At least one exchangeable mirror is accommodated in the base body of the workpiece machining device according to the invention as part of the media guide for the laser beam.

Der Bearbeitungskopf der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung nimmt als Bestandteil der Medienführung für den Werkstoff mindestens eine austauschbare Düse auf.The processing head of the workpiece processing device according to the invention accommodates at least one exchangeable nozzle as part of the media guide for the material.

Eine solche erfindungsgemäße Werkstückverarbeitungsvorrichtung ist für eine Vielzahl unterschiedlicher Bearbeitungsaufgaben einsetzbar.Such a workpiece processing device according to the invention can be used for a large number of different processing tasks.

Für die universelle Eignung der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung für unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben ist die Kombination der oben genannten Merkmale von Bedeutung.The combination of the features mentioned above is important for the universal suitability of the workpiece machining device according to the invention for different machining tasks.

So ist der Grundkörper in seiner Längsrichtung linear verlagerbar und/oder in seiner Länge veränderbar, um unterschiedlichste Abschnitte eines zu bearbeitenden Werkstücks bearbeiten zu können. Der Bearbeitungskopf, der am zweiten Endabschnitt des Grundkörpers ausgebildet ist, erstreckt sich senkrecht zur Längsrichtung des Grundkörpers, wodurch die Werkstückbearbeitungsvorrichtung insbesondere auch zur Bearbeitung innenliegender Flächen, die nur schwer zugänglich sind, geeignet ist. Die Medienführung für den Werkstoff und das Fördergas und/oder das Prozessgas und/oder die Druckluft und/oder das Kühlmittel und/oder die elektrische Energie und den Laserstrahl ermöglicht eine sichere und zuverlässige Werkstückbearbeitung des Werkstücks, insbesondere auch an schwer zugänglichen, innenliegenden Flächen.Thus, the base body can be linearly displaced in its longitudinal direction and / or its length can be changed in order to be able to machine a wide variety of sections of a workpiece to be machined. The processing head, which is formed on the second end section of the base body, extends perpendicular to the longitudinal direction of the base body, whereby the workpiece processing device is also particularly suitable for processing internal surfaces that are difficult to access. The media routing for the material and the conveying gas and / or the process gas and / or the compressed air and / or the coolant and / or the electrical energy and the laser beam enables safe and reliable workpiece machining of the workpiece, in particular on hard-to-reach, internal surfaces.

Durch die Austauschbarkeit des mindestens eines Spiegels im Bereich des Grundkörpers und/oder der mindestens einer Düse im Bereich des Bearbeitungskopfs lässt sich die Werkstückbearbeitungsvorrichtung an unterschiedliche Bearbeitungsverfahren leicht anpassen.Due to the interchangeability of the at least one mirror in the area of the base body and / or the at least one nozzle in the area of the machining head, the workpiece machining device can easily be adapted to different machining processes.

Die Medienführung für das Kühlmittel erlaubt eine effektive Kühlung der Werkstückbearbeitungsvorrichtung, sodass insbesondere bei einer Laserbearbeitung, zum Beispiel beim Laserpulverauftragsschweißen, mit hohen Laserleistungen gearbeitet werden kann.The media routing for the coolant allows the workpiece processing device to be effectively cooled, so that high laser powers can be used in particular in laser processing, for example in laser powder deposition welding.

Vorzugsweise nimmt der Bearbeitungskopf der Werkstückbearbeitungsvorrichtung eine Wärmebehandlungseinheit und/oder erste Prozessüberwachungseinheit und/oder eine Absaugeinheit auf. Hiermit kann die universelle Einsetzbarkeit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung weiter gesteigert werden. Die Wärmebehandlungseinheit kann eine Teileinheit zur Vorwärmung und/oder eine Teileinheit zur Nachwärmung des zu bearbeitenden Werkstücks aufweisen. Die Prozessüberwachungseinheit dient der Überwachung der Werkstückbearbeitung, um abhängig von der Überwachung Parameter des Bearbeitungsverfahrens automatisch anzupassen. Über die Absaugeinheit kann zum Beispiel überschüssiger und/ abgetrennter Werkstoff vom zu bearbeitenden Werkstück entfernt werden.The machining head of the workpiece machining device preferably accommodates a heat treatment unit and / or a first process monitoring unit and / or a suction unit. The universal applicability of the workpiece processing device can hereby be further increased. The heat treatment unit can have a sub-unit for preheating and / or a sub-unit for post-heating of the workpiece to be processed. The process monitoring unit is used to monitor workpiece machining in order to automatically adapt parameters of the machining process depending on the monitoring. For example, excess and / or separated material can be removed from the workpiece to be processed via the suction unit.

Vorzugsweise weit der Grundkörper quer zur Längsrichtung versetzte, in Längsrichtung hintereinander angeordnete und sich in Längsrichtung zumindest abschnittsweise überlappende Segmente auf, wobei an einem ersten Segment die Schnittstelle zur Handhabungseinrichtung und an einem zweiten Segment der Bearbeitungskopf angreift. Mindestens eine der im Grundkörper innenliegenden Medienführungen weist eine Doppelumlenkung auf, um die jeweilige Medienführung zwischen den beiden Segmenten zu überführen. Vorzugsweise ist an einem Überlappungsabschnitt des zweiten Segments in Verlängerung der Längsrichtung des Grundkörpers eine zweite Prozessüberwachungseinheit aufgenommen. Eine solche Ausführung des Grundkörpers ist besonders bevorzugt, um bei kompakter Bauform die universell einsetzbare Werkstückbearbeitungsvorrichtung zu gewährleisten. Über die zweite Prozessüberwachungseinheit kann eine weitergehende Prozessüberwachung bereitgestellt werden, insbesondere dadurch, dass bei der Laserbearbeitung eine Messung des Temperaturfeldes im sichtbaren Wellenlängenbereich z.B. über einen Auskoppelspiegel/Dichroit erfolgen und/oder die Prozesswärmestrahlung im Bereich der zweiten Prozessüberwachungseinheit gemessen und ausgewertet werden kann.Preferably, the base body has segments that are offset transversely to the longitudinal direction, are arranged one behind the other in the longitudinal direction and at least partially overlap in the longitudinal direction, the interface to the handling device engaging a first segment and the processing head engaging a second segment. At least one of the media guides located on the inside in the base body has a double deflection in order to transfer the respective media guide between the two segments. A second process monitoring unit is preferably accommodated on an overlapping section of the second segment in an extension of the longitudinal direction of the base body. Such a design of the base body is particularly preferred in order to ensure the universally usable workpiece machining device with a compact design. More extensive process monitoring can be provided via the second process monitoring unit, in particular by measuring the temperature field in the visible wavelength range, e.g. using a coupling mirror / dichroic, and / or measuring and evaluating the process heat radiation in the area of the second process monitoring unit.

Vorzugsweise ist die Werkstückbearbeitungsvorrichtung quer zur Längsrichtung gesehen so dimensioniert, sodass ein dieselbe umhüllender Kreis einen Durchmesser von weniger als 200 mm aufweist. Dies ist bevorzugt, um die Werkstückbearbeitungsvorrichtung auch zur Bearbeitung von schwer zugänglichen, innenliegenden Bearbeitungsflächen einzusetzen.The workpiece processing device is preferably dimensioned, viewed transversely to the longitudinal direction, such that a circle surrounding it has a diameter of less than 200 mm. This is preferred in order to also use the workpiece processing device for processing internal processing surfaces that are difficult to access.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine schematisierte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung;
2 eine schematisierte Vorderansicht der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung.

Preferred developments of the invention emerge from the subclaims and the following description. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, without being restricted thereto. It shows:

1 a schematic side view of a workpiece processing device according to the invention;
2 a schematic front view of the workpiece processing device according to the invention.

Die Erfindung betrifft eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung, die universell einsetzbar ist, nämlich für unterschiedlichste Bearbeitungsverfahren sowohl an innenliegenden als auch an außenliegenden Bearbeitungsflächen eines zu bearbeitenden Werkstücks.The invention relates to a workpiece processing device which can be used universally, namely for a wide variety of processing methods both on internal and external processing surfaces of a workpiece to be processed.

1 und 2 zeigen unterschiedliche Ansichten einer erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10. Die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 verfügt über einen Grundkörper 11, der einen ersten Endabschnitt 12 und einen zweiten Endabschnitt 13 aufweist. Der Grundkörper 11 erstreckt sich entlang seiner Längsrichtung L ausgehend vom ersten Endabschnitt 12 in Richtung auf den zweiten Endabschnitt 13. 1 and 2 show different views of a workpiece machining device according to the invention 10 . The workpiece processing device 10 has a basic body 11 , which has a first end portion 12th and a second end portion 13th having. The basic body 11 extends along its longitudinal direction L starting from the first end section 12th towards the second end portion 13th .

Im gezeigten Ausführungsbeispiel verfügt der Grundkörper 11 über zwei quer zur Längsrichtung L versetzte, in Längsrichtung L hintereinander angeordnete und sich in Längsrichtung L zumindest abschnittsweise überlappende Segmente 11a, 11b. Der erste Endabschnitt 12 ist am Segment 11a und der zweite Endabschnitt 13 am Segment 11b des Grundkörpers ausgebildet, und zwar an Endabschnitten der Segmente 11a, 11b, die von einem Überlappungsbereich 14 der Segmente 11a, 11b abgewandt sind.In the exemplary embodiment shown, the base body has 11 via two segments offset transversely to the longitudinal direction L, arranged one behind the other in the longitudinal direction L and overlapping at least in sections in the longitudinal direction L 11a , 11b . The first end section 12th is on the segment 11a and the second end portion 13th on the segment 11b of the base body, namely at end portions of the segments 11a , 11b by an overlap area 14th of the segments 11a , 11b are turned away.

An dem ersten Endabschnitt 12 des Grundkörpers 11 ist eine Schnittstelle 15 zur Ankopplung der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 an eine Handhabungseinrichtung, zum Beispiel an einen Roboterarm, ausgebildet.At the first end section 12th of the main body 11 is an interface 15th for coupling the workpiece processing device 10 on a handling device, for example on a robot arm.

An dem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 13 des Grundkörpers 11 ist ein Bearbeitungskopf 16 zur Bearbeitung eines Werkstücks X ausgebildet, wobei sich der Bearbeitungskopf 16 ausgehend vom Grundkörper 11, nämlich ausgehend vom Segment 11b des Grundkörpers 11, senkrecht zur Längsrichtung L des Grundkörpers 11 erstreckt.At the opposite second end section 13th of the main body 11 is a machining head 16 designed for machining a workpiece X, the machining head 16 starting from the base body 11 , namely starting from the segment 11b of the main body 11 , perpendicular to the longitudinal direction L of the base body 11 extends.

Der Grundkörper 11 ist linear verlagerbar und/oder in seiner Länge veränderbar. Die lineare Verlagerbarkeit ist zumindest über die Handhabungseinrichtung, insbesondere den Roboterarm, gewährleistet. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper 11 in seiner Länge veränderbar ist, insbesondere im Bereich des Segments 11a, wozu der Grundkörper 11 vorzugsweise teleskopierbar ausgeführt ist.The basic body 11 can be linearly displaced and / or its length can be changed. The linear displaceability is guaranteed at least via the handling device, in particular the robot arm. In addition, it can be provided that the base body 11 can be changed in length, especially in the area of the segment 11a , what the basic body 11 is preferably designed telescopic.

Der Grundkörper 11 und der Bearbeitungskopf 16 verfügen über eine zumindest abschnittsweise innenliegende Medienführung für einen Werkstoff und ein Fördergas des Werkstoffs und/oder ein Prozessgas und/oder Druckluft und/oder ein Kühlmittel und/oder elektrische Energie und einen Laserstrahl. Über die jeweilige Medienführung des Grundkörpers 11 ist das jeweilige Medium, ausgehend vom ersten Endabschnitt 12 des Grundkörpers 11 in Richtung auf den zweiten Endabschnitt 13 des Grundkörpers 11 führbar, um dort senkrecht zur Längsrichtung L des Grundkörpers 11 umgelenkt und in die jeweilige Medienführung des Bearbeitungskopfs 16 eingeführt zu werden. Das jeweilige Medium ist aus dem Bearbeitungskopf 16 senkrecht zur Längsrichtung L des Grundkörpers 11 in Richtung auf das zu bearbeitende Werkstück X aus dem Bearbeitungskopf 16 herausführbar. The basic body 11 and the machining head 16 have an at least partially internal media guide for a material and a conveying gas of the material and / or a process gas and / or compressed air and / or a coolant and / or electrical energy and a laser beam. Via the respective media routing of the base body 11 is the respective medium, starting from the first end section 12th of the main body 11 towards the second end portion 13th of the main body 11 feasible to there perpendicular to the longitudinal direction L of the base body 11 diverted and into the respective media guide of the processing head 16 to be introduced. The respective medium is from the processing head 16 perpendicular to the longitudinal direction L of the base body 11 in the direction of the workpiece to be machined X from the machining head 16 out.

1 und 2 zeigen eine Medienführung 17 für einen Laserstrahl 18, wobei die innenliegende Medienführung 17 für den Laserstrahl 18 mindestens einen Spiegel, im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Spiegel 19, 20 und 21, umfasst, mithilfe derer der Laserstrahl 18 entsprechend umgelenkt werden kann. Ferner verfügt die innenliegende Medienführung 17 für den Laserstrahl 18 im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Lichtleitfaser 22 zur Einkopplung des Laserstrahls 18 in den Grundkörper 11 sowie über einen Kollimator 23 zur Kollimation und Auskopplung des Laserstrahls 18 aus der Lichtleitfaser 22. Der aus der Lichtleitfaser 22 mithilfe des Kollimators 23 ausgekoppelte Laserstrahl 18 ist an den Spiegeln 19 und 20 im Überlappungsbereich 14 der Segmente 11a, 11b des Grundkörpers 11 umlenkbar und in Richtung auf den zweiten Endabschnitt 13 des Grundkörpers 11 führbar, um dort über den Spiegel 21 abermals umgelenkt und in den Bearbeitungskopf 16, nämlich die innenliegende Medienführung 17 des Bearbeitungskopfs 16 für den Laserstrahl 18, eingekoppelt zu werden. Der Laserstrahl 18 tritt senkrecht zur Längsrichtung L des Grundkörpers 11 aus dem Bearbeitungskopf 16 aus, um auf das zu bearbeitende Werkstück X geleitet zu werden. 1 and 2 show a media guide 17th for a laser beam 18th , with the internal media guide 17th for the laser beam 18th at least one mirror, in the illustrated embodiment three mirrors 19th , 20th and 21 , by means of which the laser beam 18th can be redirected accordingly. Furthermore, the internal media guide has 17th for the laser beam 18th in the embodiment shown via an optical fiber 22nd for coupling the laser beam 18th in the main body 11 as well as a collimator 23 for collimation and decoupling of the laser beam 18th from the optical fiber 22nd . The one from the optical fiber 22nd using the collimator 23 decoupled laser beam 18th is on the mirrors 19th and 20th in the overlap area 14th of the segments 11a , 11b of the main body 11 deflectable and in the direction of the second end section 13th of the main body 11 guidable to there over the mirror 21 diverted again and into the processing head 16 , namely the internal media routing 17th of the machining head 16 for the laser beam 18th to be coupled. The laser beam 18th occurs perpendicular to the longitudinal direction L of the base body 11 from the processing head 16 to be guided onto the workpiece X to be machined.

Die erfindungsgemäße Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 verfügt weiterhin im Grundkörper 11 sowie im Bearbeitungskopf 16 über eine innenliegende Medienführung für einen Werkstoff und ein Fördergas des Werkstoffs sowie vorzugsweise eine innenliegende Medienführung für ein Schutzgas. So kann insbesondere 2 eine innenliegende Medienführung 25 für einen pulverförmigen Werkstoff 26, eine innenliegende Medienführung 27 für ein Fördergas 28 sowie eine innenliegende Medienführung 29 für ein Prozessgas 30 entnommen werden. Die Medienführungen 25 und 27 für den pulverförmigen Werkstoff 26 und das Fördergas 28 dienen insbesondere dazu, um den Werkstoff über den Grundkörper 11 in Richtung auf den Bearbeitungskopf 16 und über den Bearbeitungskopf 16 dem zu bearbeitenden Werkstück X zuzuführen. Beim Prozessgas handelt es sich insbesondere um ein Inertgas, um für das Auftragen des pulverförmigen Werkstoffs 26 auf das Werkstück X eine Schutzgasatmosphäre bereitzustellen.The workpiece machining device according to the invention 10 still has in the base body 11 as well as in the processing head 16 Via an internal media guide for a material and a conveying gas of the material and preferably an internal media guide for a protective gas. So in particular 2 an internal media duct 25th for a powdery material 26th , an internal media guide 27 for a conveying gas 28 as well as an internal media duct 29 for a process gas 30th can be removed. The media tours 25th and 27 for the powdery material 26th and the conveying gas 28 serve in particular to move the material over the base body 11 in the direction of the machining head 16 and over the machining head 16 to be fed to the workpiece X to be machined. The process gas is, in particular, an inert gas for applying the powdery material 26th to provide a protective gas atmosphere on the workpiece X.

2 zeigt die Medienführungen 25, 27 und 29 für den pulverförmigen Werkstoff 26, das Fördergas 28 und das Prozessgas 30 als innenliegende Kanäle im Bereich des Grundkörpers 11, nämlich des Segments 11b. 2 shows the media tours 25th , 27 and 29 for the powdery material 26th , the conveying gas 28 and the process gas 30th as internal channels in the area of the base body 11 , namely the segment 11b .

Am Endabschnitt 13 des Grundkörpers 11 treten diese Medien, ebenso wie der Laserstrahl 18, aus dem Grundkörper 11 aus und in den Bearbeitungskopf 16 ein, wobei im Bereich des Bearbeitungskopfs 16 eine Führungseinheit 31 und eine Düse 24 für den pulverförmigen Werkstoff 26 gezeigt sind.At the end section 13th of the main body 11 occur these media, as well as the laser beam 18th , from the base body 11 from and into the processing head 16 one, in the area of the machining head 16 a management unit 31 and a nozzle 24 for the powdery material 26th are shown.

Die Führungseinheit 31 weist V-förmig zueinander ausgerichtete und in Richtung auf das Werkstück X konvergierende, plattenartige Führungselemente 32 auf. Entlang dieser plattenartigen Führungselemente 32, die vorzugsweise verstellbar sind, kann der pulverförmige Werkstoff 26 der Düse 24 und über die Düse 24 dem zu bearbeitenden Werkstück X zugeführt werden, und zwar zusammen mit dem Fördergas 28 und dem Prozessgas 30.The management unit 31 has plate-like guide elements that are aligned in a V-shape to one another and converging in the direction of the workpiece X. 32 on. Along this plate-like guide elements 32 , which are preferably adjustable, the powdery material 26th the nozzle 24 and over the nozzle 24 be fed to the workpiece to be machined X, together with the conveying gas 28 and the process gas 30th .

Die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 verfügt im Bereich des Grundkörpers 11 weiterhin über eine innenliegende Medienführung 33 für das Kühlmittel, wobei die Medienführung 33 für das Kühlmittel einen Vorlauf 33a für das Kühlmittel und einen Rücklauf 33b für das Kühlmittel aufweist. Über das Kühlmittel 34 kann die Werkstückbearbeitungsvorrichtung über die gesamte Längserstreckung des Grundkörpers 11 effektiv gekühlt werden, insbesondere auch im Bereich des Kollimators 23.The workpiece processing device 10 has in the area of the base body 11 furthermore via an internal media duct 33 for the coolant, the media routing 33 a supply line for the coolant 33a for the coolant and a return 33b for the coolant. About the coolant 34 can the workpiece processing device over the entire length of the base body 11 be effectively cooled, especially in the area of the collimator 23 .

Ferner ist in 2 eine innenliegende Medienführung 35 für Druckluft 36 und eine innenliegende Medienführung 37 für elektrische Energie gezeigt. Die Druckluft 36 kann dazu genutzt werden, um zum Beispiel beim Laserpulverauftragsschweißen überschüssiges Pulver von dem zu bearbeitenden Werkstück X wegzublasen. Die Medienführung 37 für elektrische Energie dient der Energieversorgung von elektrischen Energieverbrauchern, die im Bereich des Bearbeitungskopfs 16 verbaut sind.Furthermore, in 2 an internal media duct 35 for compressed air 36 and an internal media guide 37 shown for electrical energy. The compressed air 36 can be used to blow away excess powder from the workpiece X to be processed, for example during laser powder deposition welding. The media management 37 for electrical energy is used to supply energy to electrical energy consumers in the area of the machining head 16 are installed.

Mindestens ein im Grundkörper 11 aufgenommener Spiegel 19, 20, 21, welcher Bestandteil der innenliegenden Medienführung 17 für den Laserstrahl 18 ist, ist austauschbar. So können als Spiegel 19, 20 und 21 Hohlspiegel, beschichtete Spiegel, facettierte Spiegel, justierbare Spiegel, halbdurchlässige Spiegel und dergleichen zum Einsatz kommen. Durch Auswahl geeigneter Spiegel lässt sich die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 leicht anpassen.At least one in the body 11 recorded mirror 19th , 20th , 21 which part of the internal media routing 17th for the laser beam 18th is is interchangeable. So can act as a mirror 19th , 20th and 21 Concave mirrors, coated mirrors, faceted mirrors, adjustable mirrors, semi-transparent mirrors and the like are used. By choosing suitable mirrors you can the workpiece processing device 10 easily adjust.

Als Bestandteil der Medienführung 25 des Bearbeitungskopfs 16 für den Werkstoff 26 kann die Düse 24 des Bearbeitungskopfs 16 ausgetauscht werden.As part of the media management 25th of the machining head 16 for the material 26th can the nozzle 24 of the machining head 16 be replaced.

Über die austauschbare Düse 24 kann die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 an unterschiedliche Bearbeitungsverfahren, wie zum Beispiel Laserpulverauftragsschweißen, additives Schweißen, Reinigen, Trennen, Härten und dergleichen angepasst werden. Ferner kann die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 durch Austausch der Düse an eine unterschiedliche Geometrie des zu bearbeitenden Werkstücks X angepasst werden, zum Beispiel durch Wahl einer Rechteckdüse, Ringstrahldüse oder Mehrstrahldüse. Ferner kann über die Wahl einer entsprechenden Düse 24 die Menge des auf das Werkstück X aufzutragenden Werkstoffs angepasst werden. Ferner können für unterschiedliche aufzutragende Materialien wie Metalle, Nichtmetalle oder Werkstoffkombinationen entsprechende Düsen 24 bereitgehalten werden.Via the exchangeable nozzle 24 can the workpiece processing device 10 can be adapted to different processing methods, such as laser powder deposition welding, additive welding, cleaning, cutting, hardening and the like. Furthermore, the workpiece processing device 10 can be adapted to a different geometry of the workpiece X to be machined by exchanging the nozzle, for example by choosing a rectangular nozzle, ring jet nozzle or multi-jet nozzle. You can also choose an appropriate nozzle 24 the amount of the material to be applied to the workpiece X can be adjusted. Furthermore, appropriate nozzles can be used for different materials to be applied, such as metals, non-metals or material combinations 24 be kept ready.

Im Bereich des Bearbeitungskopfs 16 ist fernerhin eine Wärmebehandlungseinheit 38 vorhanden, die eine Teileinheit 38b für eine Vorwärmung des Werkstücks X und eine Teileinheit 38b für eine Nachwärmung des Werkstücks X aufweisen kann, um das Werkstück X zum Beispiel für einen Materialauftrag vorzuwärmen oder nachzuwärmen. Hierbei kann insbesondere eine induktive Wärmebehandlungseinheit 38 oder eine IR-Wärmebehandlungseinheit oder dergleichen genutzt werden.In the area of the processing head 16 is also a heat treatment unit 38 present, which is a sub-unit 38b for preheating the workpiece X and a sub-unit 38b can have for reheating the workpiece X in order to preheat or reheat the workpiece X, for example, for a material application. In particular, an inductive heat treatment unit can be used here 38 or an IR heat treatment unit or the like can be used.

Im Bereich des Bearbeitungskopfs 16 ist weiterhin eine erste Prozessüberwachungseinheit 39 aufgenommen. Die erste Prozessüberwachungseinheit 39 dient insbesondere der Überwachung eines Abstands zwischen dem Bearbeitungskopf 16 und dem zu bearbeitenden Werkstück X bei einer auszuführenden Werkstückbearbeitung. Ferner kann im Bereich der ersten Prozessüberwachungseinheit 39 eine Prozesstemperaturüberwachung sowie Durchflussmengenüberwachung von führenden Medien wie Schutzgas und/oder Fördergas und/oder Kühlwasser und/oder Druckluft und/oder pulverförmigem Werkstoff erfolgen.In the area of the processing head 16 is also a first process monitoring unit 39 recorded. The first process monitoring unit 39 is used in particular to monitor a distance between the machining head 16 and the workpiece to be machined X when a workpiece is to be machined. Furthermore, in the area of the first process monitoring unit 39 process temperature monitoring and flow rate monitoring of leading media such as protective gas and / or conveying gas and / or cooling water and / or compressed air and / or powdery material take place.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 ist an dem Segment 11b, und zwar im Überlappungsbereich 14 an einem Überlappungsabschnitt des Segments 11b in Verlängerung der Längsrichtung L des Grundkörpers 11, eine zweite Prozessüberwachungseinheit 40 aufgenommen. Während die erste Prozessüberwachungseinheit 39 prozesszugewandt angeordnet ist, ist die zweite Prozessüberwachungseinheit 40 prozessabgewandt positioniert.In the illustrated embodiment of the 1 is on the segment 11b , namely in the overlap area 14th at an overlapping portion of the segment 11b in extension of the longitudinal direction L of the base body 11 , a second process monitoring unit 40 recorded. While the first process monitoring unit 39 The second process monitoring unit is arranged facing the process 40 Positioned away from the process.

Im Bereich der zweiten Prozessüberwachungseinheit 40 kann zum Beispiel ein vom Werkstück X reflektierter Laserstrahl 18R, der am Spiegel 21 umgelenkt wird und den Spiegel 20 durchdringt, ausgewertet werden. Dieser reflektierte Laserstrahl 18R kann zum Beispiel zur Überwachung des Bearbeitungsabstands ausgewertet werden. Ferner kann an der prozessabgewandten Prozessüberwachungseinheit 40 eine Prozesstemperatur mithilfe eines Pyrometers oder auch beim Laserpulverauftragsschweißen eine Schmelzbadüberwachung mithilfe eines Kamerasystems erfolgen.In the area of the second process monitoring unit 40 can, for example, be a laser beam reflected from workpiece X. 18R that at the mirror 21 is deflected and the mirror 20th penetrated, evaluated. This reflected laser beam 18R can be evaluated, for example, to monitor the machining distance. Furthermore, on the process monitoring unit remote from the process 40 process temperature using a pyrometer or, in the case of laser powder deposition welding, weld pool monitoring can be carried out using a camera system.

1 visualisiert weiterhin, dass im Bereich des Bearbeitungskopfs 16 eine Absaugeinheit vorhanden sein kann, um vom zu bearbeitenden Werkstück X zum Beispiel überschüssigen pulverförmigen Werkstoff oder dergleichen abzusaugen. Die Absaugeinheit ist aus Übersichtlichkeitsgründen in 1 nicht gezeigt, lediglich mit einem entsprechenden Pfeil 41 eine Abführung von abgesaugtem Material. 1 furthermore visualizes that in the area of the machining head 16 a suction unit can be present in order to suck off excess powdery material or the like, for example, from the workpiece X to be machined. For reasons of clarity, the suction unit is shown in 1 not shown, only with a corresponding arrow 41 a discharge of extracted material.

1 und 2 zeigen weiterhin eine Schnittstelle 42 im Bereich des Grundkörpers 11, nämlich im Bereich des Segmentes 11b des Grundkörpers 11, mithilfe derer der Bearbeitungskopf 11 im nicht benutzten Zustand an einer Werkzeugstation abgelegt werden kann. 1 and 2 continue to show an interface 42 in the area of the base body 11 , namely in the area of the segment 11b of the main body 11 , with the help of which the machining head 11 can be stored at a tool station when not in use.

Wie 1 und 2 entnommen werden kann, ist im Bereich des Bearbeitungskopfs 16 ein Wärmeschutzschild 43 verbaut. Dieser Wärmeschutzschild 43 stellt einen Wärmeschutz und Reflexionsschutz bereit, um den Bearbeitungskopf 16 zu schützen.As 1 and 2 can be removed is in the area of the processing head 16 a heat shield 43 installed. This heat shield 43 provides thermal protection and reflection protection around the machining head 16 to protect.

Der Wärmeschutzschild 43 ist dabei vorzugsweise aktiv gekühlt, und zwar mithilfe des Kühlmittels 34, welches über die Medienführung 33 ausgehend vom Grundkörper 11 in den Bereich des Bearbeitungskopfs 16 geführt werden kann.The heat shield 43 is preferably actively cooled, with the help of the coolant 34 , which via the media guide 33 starting from the base body 11 in the area of the machining head 16 can be performed.

Die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 ist quer zur Längsrichtung L gesehen so dimensioniert, dass ein dieselbe umhüllender Kreis, der in 2 in durchgezogener Linienführung gezeigt ist, einen Durchmesser d von weniger als 200 mm, vorzugsweise von weniger als 100 mm, aufweist. So kann die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 auch zur Bearbeitung von schwer zugänglichen, innenliegenden Flächen besonders vorteilhaft eingesetzt werden, insbesondere dann, wenn Innenflächen im Bereich von Rohren oder Ausnehmungen oder dergleichen zu bearbeiten sind.The workpiece processing device 10 is dimensioned transversely to the longitudinal direction L in such a way that an enveloping circle, which in 2 is shown in solid lines, has a diameter d of less than 200 mm, preferably of less than 100 mm. So can the workpiece processing device 10 can also be used particularly advantageously for machining internal surfaces that are difficult to access, especially when internal surfaces in the area of pipes or recesses or the like are to be machined.

Mit der Erfindung wird eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 bereitgestellt, die, bezogen auf die Ausrichtung von Grundkörper 11 und Bearbeitungskopf 16, abgewinkelt ist, die automatisch von einer Handhabungsvorrichtung gehandhabt und im Bereich einer Station abgelegt werden kann, wobei die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 aufgrund ihrer Konturierung, innenliegenden Medienführung und austauschbaren Baugruppen wie Spiegeln für die Laserstrahlführung und Düsen für den Werkstoffauftrag an unterschiedlichste Bearbeitungsverfahren leicht angepasst werden kann.The invention provides a workpiece processing device 10 provided that, based on the orientation of the base body 11 and machining head 16 , is angled, which can be handled automatically by a handling device and stored in the area of a station, the workpiece processing device 10 Due to its contouring, internal media routing and exchangeable assemblies such as mirrors for laser beam guidance and nozzles for material application, it can be easily adapted to a wide variety of processing methods.

Über eine integrierte Kühlung wird eine Überhitzung der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 vermieden, sodass auch hohe Laserleistungen genutzt werden können. Eine integrale Prozessüberwachung erlaubt einen hohen Automatisierungsgrad. Die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 kann zur Bearbeitung von Flächen und Formen jeglicher Geometrie und Struktur sowohl für eine Außenbearbeitung als auch eine Innenbearbeitung, insbesondere eine Außenbeschichtung und Innenbeschichtung, beliebiger Schichtstärken genutzt werden.An integrated cooling system causes the workpiece processing device to overheat 10 avoided, so that high laser powers can also be used. Integral process monitoring allows a high degree of automation. The workpiece processing device 10 can be used for processing surfaces and shapes of any geometry and structure, both for external processing and internal processing, in particular an external coating and internal coating, of any layer thickness.

Es können auch mehrere Bearbeitungsvorrichtungen seriell oder parallel zueinander geschaltet werden, um eine Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.A plurality of processing devices can also be connected in series or in parallel with one another in order to increase a processing speed.

Es können Werkstücke aus unterschiedlichsten Anwendungsbereichen, wie zum Beispiel der Windenergie, dem Schiffsbau, der Getriebetechnik, der Energietechnik und dergleichen bearbeitet werden. Mithilfe der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 können metallische Werkstoffe oder auch Kunststoffe oder auch Mischwerkstoffe auf ein zu bearbeitendes Werkstück aufgetragen werden. Sämtliche Baugruppen des Bearbeitungskopfs 16 können über eine Prozessüberwachung, wie zum Beispiel eine Temperaturüberwachung, während des Bearbeitungsverfahrens überwacht werden. Sämtliche Lasertypen und Wellenlängen können für eine Laserbearbeitung zum Einsatz kommen. Ein dem Materialauftrag vorgeschaltetes Wärmebehandlungsverfahren sowie dem Materialauftrag nachgeschaltetes Wärmebehandlungsverfahren können ebenfalls bereitgestellt werden. Die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 10 verfügt über eine hohe Flexibilität und Funktionalität.Workpieces from a wide variety of application areas, such as wind energy, shipbuilding, gear technology, energy technology and the like, can be processed. With the help of the workpiece processing device 10 Metallic materials or plastics or mixed materials can be applied to a workpiece to be machined. All assemblies of the processing head 16 can be monitored via process monitoring, such as temperature monitoring, during the machining process. All laser types and wavelengths can be used for laser processing. A heat treatment process upstream of the material application and a heat treatment process downstream of the material application can also be provided. The workpiece processing device 10 has a high degree of flexibility and functionality.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: WerkstückbearbeitungsvorrichtungWorkpiece processing device
1111: GrundkörperBase body
11a11a: Segmentsegment
11b11b: Segmentsegment
1212th: erster Endabschnittfirst end section
1313th: zweiter Endabschnittsecond end section
1414th: ÜberlappungsbereichOverlap area
1515th: Schnittstelleinterface
1616: BearbeitungskopfMachining head
1717th: MedienführungMedia management
1818th: Laserstrahllaser beam
18R18R: reflektierter Laserstrahlreflected laser beam
1919th: Spiegelmirrors
2020th: Spiegelmirrors
2121: Spiegelmirrors
2222nd: LichtleitfaserOptical fiber
2323: KollimatorCollimator
2424: Düsejet
2525th: MedienführungMedia management
2626th: Werkstoffmaterial
2727: MedienführungMedia management
2828: FördergasConveying gas
2929: MedienführungMedia management
3030th: ProzessgasProcess gas
3131: FührungseinheitGuide unit
3232: FührungselementGuide element
3333: MedienführungMedia management
33a33a: Vorlaufleader
33b33b: RücklaufRewind
3434: KühlmittelCoolant
3535: MedienführungMedia management
3636: DruckluftCompressed air
3737: MedienführungMedia management
3838: WärmebehandlungseinheitHeat treatment unit
38a38a: Teileinheit zur VorwärmungSub-unit for preheating
38b38b: Teileinheit zur NachwärmungSub-unit for reheating
3939: erste Prozessüberwachungseinheitfirst process monitoring unit
4040: zweite Prozessüberwachungseinheitsecond process monitoring unit
4141: AbsaugungSuction
4242: Schnittstelleinterface
4343: WärmeschutzschildHeat shield

Claims

Workpiece processing device (10) with a base body (11) which can be linearly displaced and / or along its longitudinal direction, which extends between a first end section (12) of the base body (11) and a second end section (13) of the base body (11) can be changed in length, with an interface (15) formed on the first end section (12) of the base body (11) for coupling the workpiece processing device (10) to a handling device, with a processing head (16) formed on the opposite second end section (13) of the base body (11) , wherein the processing head (16) extends perpendicular to the longitudinal direction of the base body (11), with a media guide for a material and a conveying gas and / or a process gas and / or compressed air, which is at least partially inside in the base body (11) and in the processing head (16) and / or a coolant and / or electrical energy and a laser beam, the respective media guide of the base body (11) taking the respective medium starting from the first end section (12) of the base body (11) in the direction of the second end section (13) of the base body ( 11) leads and deflects there perpendicular to the longitudinal direction of the base body (11) and into the respective media guide of the machining iteration head (16), whereby the respective medium can be guided out of the processing head (16) perpendicular to the longitudinal direction of the base body (11) in the direction of a workpiece to be processed, with at least one exchangeable mirror (19, 20) accommodated in the base body (11) , 21) as part of the media guide (17) for the laser beam, with at least one exchangeable nozzle (24) received by the processing head (16) as part of the media guide for the material.

Workpiece processing device according to Claim 1 , characterized in that the processing head (16) has a heat treatment unit (38) and / or a first process monitoring unit (39) and / or a suction unit (41).

Workpiece processing device according to claim 1 or 2, characterized in that the base body (11) has segments (11a, 11b) offset transversely to the longitudinal direction, arranged one behind the other in the longitudinal direction and overlapping at least in sections in the longitudinal direction, the interface (11a) being on a first segment (11a). 15) to the handling device and the processing head (16) engages on a second segment (11b), at least one media guide located inside the base body (11) has a double deflection in order to transfer the respective media guide between the two segments (11a, 11b).

Workpiece processing device according to Claim 3 , characterized in that a second process monitoring unit (40) is received on the second segment (11) in an overlap area (14) of the segments (11a, 11b) in extension of the longitudinal direction of the base body (11).

Workpiece processing device according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the media guide (17) for the laser beam has an optical fiber (22) for coupling the laser beam into the base body (11), a collimator (23) for coupling the laser beam out of the optical fiber (22) and at least three mirrors (19 , 20, 21) for deflecting the laser beam.

Workpiece processing device according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that it is dimensioned transversely to the longitudinal direction such that a circle surrounding it has a diameter of less than 200 mm.

Workpiece processing device according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the nozzle (24) received by the processing head (16) as part of the media routing for the material is interchangeable with regard to the nature and quantity of the material to be applied to the workpiece, with regard to the processing method and with regard to the workpiece geometry.

Workpiece processing device according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that the base body (11) is designed to be telescopic in the longitudinal direction in order to change its length.

Workpiece processing device according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the media guide for the coolant located inside the base body (11) and the processing head (16) has a flow (33a) and a return (33b).