DE10215447A1

DE10215447A1 - Kombinierter Laserschweiß- und Schneidkopf

Info

Publication number: DE10215447A1
Application number: DE2002115447
Authority: DE
Inventors: Juergen Held; Siegfried Held; Winfried Rietz
Original assignee: Schuler Held Lasertechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Schuler Held Lasertechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-30

Abstract

Ein kombinierter, für das Laserschneiden und das Laserschweißen eingerichteter Laserkopf (3) enthält zwei Fokussiereinrichtungen (20, 21), von denen eine zum Laserschneiden und die andere zum Laserschweißen eingerichtet ist. Die Fokussiereinrichtungen sind über eine Lichtweiche (19) an einen gemeinsamen Strahleingang (17) angeschlossen, so dass der Laserkopf (3) wahlweise zum Schneiden oder zum Schweißen genutzt werden kann. Dadurch werden Wechselzeiten für unterschiedliche Laserköpfe zum Schneiden oder zum Schweißen eingespart.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserkopf zur Laserbearbeitung sowie eine Laserbearbeitungsmaschine.
Bei der Laserbearbeitung von Werkstücken wird die lokale energetische Wirkung eines Laserstrahls genutzt. Dabei ist je nach konkreter Prozessführung sowohl das Laserschweißen als auch das Laserschneiden bekannt.

Aus der US-PS 4,031,351 ist beispielsweise ein Laserschneidkopf mit einer Fokussiereinrichtung bekannt, die mittels einer Linse den Laserstrahl in einem Brennpunkt auf dem Werkstück konzentriert. Die Linse begrenzt lichteintrittsseitig eine Düsenkammer, deren Düsenmundstück konzentrisch zu dem konvergenten Lichtstrahl in der Nähe des Brennpunkts angeordnet ist. Durch die Düsenkammer wird Schneidgas auf das Werkstück geblasen. Zur Anpassung an das Werkstück ist das Düsenmundstück axial beweglich gelagert. Eine Druckfeder hält das Düsenmundstück gegen das Werkstück.

Außerdem ist aus der US-PS 4,967,053 eine Laserbearbeitungsmaschine mit mehreren verstellbar gelagerten Laserköpfen bekannt, die über eine Lichtweiche, von einem einzigen Laser gespeist, jeweils separat aktivierbar sind. Bei den Laserköpfen handelt es sich in erster Linie um Schweißköpfe. Darüber hinaus ist angegeben, dass an der Laserbearbeitungsmaschine auch Schneidköpfe vorgesehen werden können.

Soll im laufenden Fertigungsprozess von einer Schweißbearbeitung auf eine Schneidbearbeitung umgeschaltet werden, ist der Laserkopf zu wechseln. Dies erfordert in jedem Fall Prozesszeit. Kommen an einem Werkstück sowohl Schweiß- als Schneidvorgänge vor und sollen diese von ein und derselben Laserbearbeitungsmaschine durchgeführt werden, führt der Wechsel des Laserkopfs zu einer unzuträglich hohen Prozesszeit.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Laserkopf bzw. eine Laserbearbeitungsmaschine zu schaffen, die eine reduzierte Prozesszeit gestatten.

Diese Aufgabe wird zunächst mit einem Laserkopf gelöst, der zwei Fokussiereinrichtungen mit unterschiedlichen Brennweiten aufweist. Z. B. ist der Laserkopf dadurch sowohl zum Laserschneiden als auch Laserschweißen eingerichtet. Der Laserkopf weist einen Strahleingang und zwei Strahlausgänge auf, die jeweils durch eine Fokussiereinrichtung gebildet sind. Eine Lichtweiche dient zum schnellen Umschalten des Lichtwegs von einer Fokussiereinrichtung auf die andere. Eine der Fokussiereinrichtungen ist z. B. als Schweißeinrichtung ausgebildet, während die andere z. B. als Schneideinrichtung eingerichtet ist. Mit ein und demselben Laserkopf lassen sich somit sowohl Schneidarbeiten als auch Schweißarbeiten ausführen. Damit lassen sich drastisch Positionierzeiten einsparen. Der Wechsel zwischen Schneiden und Schweißen erfolgt bei einer schnellen Umschalteinrichtung binnen weniger Millisekunden. Der Laserkopf braucht keine langhubigen Positionierwege zu durchfahren. Vielmehr fährt er lediglich seine Schweißpositionen und seine Schneidpositionen an und führt dort seine Arbeitsvorgänge durch.

Die Umschaltung von Schweißen auf Schneiden und umgekehrt erfolgt somit in dem Laserkopf selbst. An der Laserbearbeitungsmaschine sind keinerlei mechanische Veränderungen erforderlich. Die Positioniereinrichtung des Laserkopfs und entsprechende Lichtleitmittel, die eine Laserlichtquelle mit dem Laserkopf verbinden, können im Vergleich zu herkömmlichen Laserschweißmaschinen oder Laserschneidmaschinen vollkommen unverändert bleiben. Entsprechend eignet sich der erfindungsgemäße Laserkopf auch zur Nachrüstung vorhandener Laserbearbeitungsmaschinen. Bei der Neukonzeption von Laserbearbeitungsmaschinen vereinfacht der kombinierte Laserschweiß- und Schneidkopf den Maschinenaufbau erheblich, denn zur Versorgung des kombinierten Laserkopfs, der sowohl das Schneiden als auch das Schweißen gestattet, ist lediglich ein einziger Lichtweg vorzusehen.

Das erfindungsgemäße Konzept hat einen weiteren Vorteil hinsichtlich der Robustheit einer aufzubauenden Laserbearbeitungsmaschine. Dies ergibt sich insbesondere, wenn der Lichtweg nicht über Lichtleitkabel sondern über Spiegelstrecken gebildet wird, aus der Anordnung der Lichtweiche in dem Laserkopf. Die Lichtweiche enthält einen beweglich gelagerten Spiegel, an den sich lediglich noch ein kurzer Lichtweg anschließt. Geringere Positionierungsungenauigkeiten des Spiegels in der Lichtweiche wirken sich somit auf die Strahlführung nicht aus. Hingegen sind Positionierungsfehler, insbesondere Winkelfehler von Spiegeln, die am Anfang eines längeren Lichtwegs angeordnet sind, kaum hinnehmbar.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Lichtweiche so beschaffen ist, dass der Reflektor nur in einer Position (z. B. Verzweigung auf die zweite Fokussiereinrichtung) aktiv in den Lichtweg eingebracht ist und somit den Lichtstrahl leitet und in ihrer anderen Position den Lichtstrahl unabgelenkt durchgehen lässt. Vorzugsweise verzweigt die Lichtweiche, wenn sie das Licht ablenkt, zu der zum Laserschweißen vorgesehenen Fokussiereinrichtung während das Licht, wenn es die Weiche geradeaus passiert, vorzugsweise zu der Fokussiereinrichtung für das Laserschneiden gelangt. Dies verringert weiter die Ansprüche an die Positioniergenauigkeit des Reflektors der Lichtweiche, zumindest sofern die Fokussiereinrichtung für das Laserschneiden einen sehr kleinen Laserbrennfleck erzeugt, während die Fokussiereinrichtung zum Laserschweißen möglicherweise einen etwas größeren Brennfleck erzeugt.

Der Laserkopf ist vorzugsweise starr ausgebildet, d. h. die beiden Fokussiereinrichtungen sind zueinander nicht beweglich. Sie sind somit vorzugsweise relativ zueinander in fester Ausrichtung und in festem Abstand angeordnet. Die Positionierung des Laserkopfs entsprechend der gewünschten Schweißstellen oder Trennstellen beim Laserschweißen bzw. Laserschneiden erfolgt allein über die Positioniereinrichtung des Laserkopfs. Somit sind gegenüber der Positionierung von Monofunktionsköpfen keine zusätzlichen Positionier- und Stelleinrichtungen erforderlich.

Die Lichtweiche ist vorzugsweise so ausgebildet, dass einer der Zweige des Lichtwegs in grader Verlängerung an einen Anfangsabschnitt des Lichtwegs vor der Weiche anschließt, so dass der Anfangsabschnitt und dieser Zweig eine gemeinsame optische Achse festlegen. Dies bedeutet, dass das Licht, wenn es zu diesem Zweig geleitet werden soll, ohne Reflexion in der Lichtweiche und somit ohne Energieverlust und ohne Genauigkeitsverlust geleitet wird. Lediglich der andere seitlich von der optischen Achse abzweigende Zweig des Lichtwegs erfordert eine Umlenkung des Lichts.

Die Umlenkung des Lichts in der Weiche erfolgt vorzugsweise durch eine lineare Parallelverschiebung eines Reflektors, auch wenn prinzipiell andere Stellbewegungen, beispielsweise Schwenkbewegungen, verwirklicht werden können. Die lineare Verschiebung des Reflektors in Richtung des zweiten Zweigs des Lichtwegs hat den Vorzug, dass während der Umschaltphase, in der der Reflektor aus seiner ersten Endposition in seine zweite Endposition überführt wird, keine Fehlleitungen des Laserstrahls auftreten können. Mit zunehmendem Eintritt des Reflektors der Lichtweiche gelangt der Reflektor mehr und mehr in den Lichtstrahl und leitet somit einen immer größeren Teil des Lichtstrahls zu der zweiten Fokussiereinrichtung um, bis diese die gesamte Lichtleistung erhält. Dies bedeutet, dass bei schnellen Umschaltvorgängen keine Unterbrechung des Lichtstrahls erforderlich ist - jedenfalls wird die Unterbrechung des Lichtstrahls nicht durch die Weiche erforderlich. Gleichwohl können kurze Betriebsunterbrechungen der Laserlichtquelle erforderlich werden, beispielsweise wenn der Laserkopf aus seiner Schneidposition in eine andere Position zum Schweißen verfahren werden muss oder umgekehrt.

Die einfache lineare Verschiebung des Reflektors zur Umschaltung des Lichts zwischen den beiden Fokussiereinrichtungen erfolgt vorzugsweise durch eine Linearantriebseinrichtung mit zwei Endlagepositionen. Die beiden Endlagepositionen können durch Anschläge realisiert werden, wobei es in Folge der Parallelverschiebung des Reflektors beim Umschalten auf eine genaue Positionierung der Endlage nicht ankommt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Laserkopfs ist eine Düsen-Verstelleinrichtung zur Axialverstellung der Gasaustrittsdüse vorgesehen. Die Düsenverstelleinrichtung kann sowohl dazu dienen, den Abstand zwischen Werkstück und der Gasaustrittsdüse konstant zu halten als auch zur Durchführung von Einstellvorgängen, um die Gasaustrittsdüse dicht an den Brennfleck heranzufahren. Der Abstand kann auch durch kapazitive Abstandserfassung zwischen der Gasaustrittsdüse und dem Werkstück, sowie Nachführung des Laserkopfs mittels seiner Positioniereinrichtung konstant gehalten werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Laserkopfs ist seine zum Schweißen dienende Fokussiereinrichtung so ausgebildet, dass sie den Schweißlichtstrahl beispielsweise ausgehend von einem Fokussierspiegel weitgehend frei auf das Werkstück fallen lässt. Zur Zuführung von Schutzgas kann ein Gaszuführerelement vorgesehen sein, das das Schutzgas von der Seite her in der Nähe des Brennflecks ausströmen lässt. Das Gaszuführelement ist beispielsweise ein rohrförmiges Element, das beweglich gelagert sein kann. Beispielsweise kann es teleskopartig ausgebildet sein oder schwenkbar gelagert sein, wobei eine entsprechende Positioniereinrichtung zum Einziehen oder Wegklappen des Gaszuführelements bei Nichtbedarf dienen kann. Dies erhöht die Positionier-Freizügigkeit des Laserkopfs beim Laserschneiden.

Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 eine Laserbearbeitungsmaschine mit einem kombinierten Schneid- und Schweißkopf als Prinzipdarstellung,
Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform einer Laserbearbeitungsmaschine mit einem kombinierten Schweiß- und Schneidkopf in einer Prinzipskizze,
Fig. 3 den kombinierten Schweiß- und Schneidkopf der Laserbearbeitungsmaschine nach Fig. 1 oder Fig. 2 in Schweißbetriebsart, in längs geschnittener Prinzipdarstellung,
Fig. 4 den Laserkopf nach Fig. 3 in Schneidbetriebsart und
Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform eines Schweiß- und Schneidkopfs in geschnittener Prinzipdarstellung.
In Fig. 1 ist eine Laserbearbeitungsmaschine 1 veranschaulicht, die einen im Raum bewegbaren Arm 2 aufweist, der einen Laserkopf 3 trägt. Der Arm 2 ist so bewegbar, dass der Laserkopf 3 innerhalb eines gewünschten Arbeitsvolumens bewegt und in jede gewünschte Ausrichtung überführbar ist. Beispielsweise ist der Arm 2 somit axial um eine Drehachse 4 schwenkbar sowie axial zu dieser (in Fig. 1 vertikal) bewegbar. Zusätzlich kann der Arm 2 in Radialrichtung 5 verfahrbar (verlängerbar, verkürzbar) sein, während sein Ende eine zweiachsige Verstelleinrichtung 6 (Achsen 7, 8) trägt. Die Achsen 7, 8 sind vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet und gestatten eine Verschwenkung des Laserkopfs 3.
Der Laserkopf 3 ist beispielsweise über ein flexibles Lichtleitmittel 9 an einen Laser 10 geeigneter Leistung, beispielsweise einen YAG-Festkörperlaser angeschlossen. An Stelle eines flexiblen Lichtleitmittels 9 kann, wie Fig. 2 veranschaulicht, bei einer alternativen Ausführungsform der Laserbearbeitungsmaschine 1 auch eine Spiegelstrecke vorgesehen sein. Diese weist mehrere Spiegel 11, 12, 13 auf, die den Laserstrahl des Lasers 10 in jeder Position des Laserkopfs 3 in den Laserkopf 3 einkuppeln.
Der Laserkopf 3 ist ein kombinierter Schweiß- und Schneidkopf. Sein Aufbau ergibt sich aus Fig. 2, sowie insbesondere aus Fig. 3:
Der Laserkopf 3 weist ein Gehäuse 14 auf, zu dem ein rohrförmiger Ansatz 15 gehört. Dieser Ansatz 15 dient der Befestigung und Halterung des Laserkopfs 3, beispielsweise an einem verfahrbaren Schlitten 16, wie er in Fig. 2 veranschaulicht ist oder an dem Arm 2 bzw. dessen Verstelleinrichtung 6, wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist. Der Ansatz 15 umgibt außerdem eine Öffnung 17, die einen Strahleingang bildet, an dem ein Lichtweg 18 seinen Anfang nimmt. Zu dem Lichtweg 18, der in Fig. 3 strichpunktiert veranschaulicht ist, gehört ein Anfangsabschnitt 18a, der von dem Strahleingang bzw. der Öffnung 17 zu einer Lichtweiche 19 führt. An dieser verzweigt sich der Lichtweg 18 zu einem ersten Zweig 18b, der zu einer Fokussiereinrichtung 20 und durch diese hindurchführt. Die Fokussiereinrichtung 20 ist zum Laserschneiden eingerichtet. Außerdem verzweigt der Lichtweg 18 an der Lichtweiche 19 zu einem zweiten Zweig 18c, der zu einer zweiten Fokussiereinrichtung 21 führt, die zum Laserschweißen eingerichtet ist.
Die erste Fokussiereinrichtung 20 weist eine optische Achse 22 auf, die in Fig. 2 strichpunktiert veranschaulicht ist und mit der optischen Achse des Anfangsabschnitts 18a des Lichtwegs 18 übereinstimmt, bzw. konzentrisch zu dieser ist. Zu der Fokussiereinrichtung 20 gehört ein an dem Gehäuse 14 ausgebildeter rohrförmiger Stutzen 23, der mit einer Linse 24 zur Bündelung des Lichtstrahls versehen ist. Die Linse 24 ist dabei so eingestellt und gehalten und der Laserkopf 3 ist so geführt, dass der Brennpunkt der Linse 24 auf einer Werkstückoberfläche liegt.
Die Linse 24 schließt lichteintrittsseitig eine Düsenkammer 27 ab, zu der ein Düsenmundstück 28 gehört. Dieses weist eine konzentrisch zu der optischen Achse 22 angeordnete Gasaustrittsdüse 29 auf, die in geringem Abstand zu der Werkstückoberfläche 26 geführt wird. Die Düsenkammer 27 ist über eine geeignete Leitung 30 mit einem Schneidgas beaufschlagt. Das Schneidgas steht beispielsweise unter einem Druck von 20 bar.
Bedarfsweise kann das Düsenmundstück 28 mit einer Axial-Stelleinrichtung 31 verbunden sein, um die Position der Gasaustrittsdüse 29 in Bezug auf den Brennpunkt 25 und das Werkstück 26 bedarfsgerecht einstellen zu können. Die Axial-Stelleinrichtung 31 kann beispielsweise in Form eines Stellgewindes an der Außenseite des Stutzens 23 in Verbindung mit einem Innengewinde an dem Düsenmundstück 28 und einer Dreheinrichtung 32 für das Düsenmundstück 28 ausgebildet sein.
Die zum Schweißen dienende Fokussiereinrichtung 21 ist beispielsweise durch einen Fokussierspiegel 33 gebildet, der in dem Zweig 18c des Lichtwegs 18 so angeordnet ist, dass das Licht auf die Werkstückoberfläche 26 gerichtet wird. Beispielsweise legt der Fokussierspiegel 33 ausgangsseitig eine optische Achse 34 fest, die parallel zu der optischen Achse 22 ausgerichtet ist. Der Fokussierspiegel 33 weist eine größere Brennweite auf als die Linse 23, wobei er einen Brennpunkt 35 definiert, der etwa auf gleicher Höhe liegt wie der Brennpunkt 25. Der Fokussierspiegel 33 ist vorzugsweise starr gelagert, wobei er mit einer nicht weiter veranschaulichten Justiereinrichtung fein positionierbar sein kann. Für das austretende Licht ist in dem Gehäuse 14 eine Lichtaustrittsöffnung 36 vorgesehen, die offen oder bedarfsweise mit einem lichtdurchlässigen Fenster geschlossen sein kann.
Neben der optischen Achse 34, der Fokussiereinrichtung 21 ist ein Gaszuführungselement 37 angeordnet, das der Zuführung von Schutzgas zu dem Brennfleck 35 dient. Das Gaszuführungselement 37 ist beispielsweise ein gerades Rohr 37, das an seinem Ende mit einem Gaszuführungsrohr 38 versehen ist. Schutzgas wird hier beispielsweise unter einem Druck von 2 bar zugeführt. Das Gaszuführelement 37 und das Gaszuführungsrohr 38 sowie eine nicht weiter veranschaulichte Gasquelle bilden insgesamt eine Gaszuführungseinrichtung 39 zur Ausbildung einer Schutzgasatmosphäre für einen Schweißvorgang. Das Gaszuführungselement 37 kann an dem Gehäuse 14 schwenkbar gelagert sein, wozu ein entsprechendes Schwenkgelenk 40 vorgesehen sein kann. Außerdem kann ein nicht weiter veranschaulichter Schwenkantrieb vorgesehen sein, um das Gaszuführungselement 37 bei Nichtgebrauch in eine Ruheposition zu verschwenken. In Fig. 3 ist die Arbeitsposition veranschaulicht. Bei Nichtgebrauch wird es beispielsweise um 90° nach oben geschwenkt.
Die Lichtweiche 19 enthält einen beweglich gelagerten Spiegel 41, der unter einem Winkel von beispielsweise 45° zu der optischen Achse 22 bzw. dem Anfangsabschnitt 18a des Lichtwegs 18 angeordnet ist. Der Spiegel 41 ist von einem Schieber 42 getragen, der quer zu der optischen Achse 22 und somit parallel zu einem zweiten Zweig 18c des Lichtwegs 18 verschiebbar gelagert ist. Der zweite Zweig 18c des Lichtwegs 18 erstreckt sich zunächst als gerade Verbindungslinie zwischen dem Spiegel 41 und dem Fokussierspiegel 33 und führt dann von diesem zu dem Brennfleck 35. Der Spiegel 41 weist eine Fläche auf, die größer ist als der Durchmesser des Lichtstrahl der ihn trifft. Zur Positionierung des Schiebers 42 und somit des Spiegels 41 dient ein Linearantrieb 43 beispielsweise in Form eines Pneumatikzylinders oder eines elektrischen Antriebs. Dieser dient dazu, den Schieber 42 zwischen zwei Endpositionen I, II zu bewegen. In Fig. 3 ist der Schieber 42 in seiner Endposition I veranschaulicht, in der der Laserkopf im Schweißbetrieb ist. Fig. 4 veranschaulicht den Laserkopf 3 im Schneidbetrieb, bei dem der Schieber 42 in seiner anderen Endlage II ist.
In seiner Endlage II gibt der Spiegel 41 den Lichtweg 18 vollständig frei und das Licht passiert die Lichtweiche 19 ohne Ablenkung. Dabei kommt es auf die genaue Position der Endlage II nicht an. Vielmehr ist lediglich wesentlich, dass der Schieber 42 und der Spiegel 41 den Strahlengang ganz verlassen haben. Ähnlich liegen die Dinge in der Endlage I. Hier kommt es auf die präzise Position des Schiebers 42 wiederum nicht an - wesentlich ist lediglich, dass der Lichtstrahl vollständig auf den Spiegel 41 fällt und somit zu dem Fokussierspiegel 33 gelangt.
Der insoweit beschriebene Laserkopf 1 arbeitet wie folgt:
In Betrieb wird der Laserkopf 3 von einer Positioniereinrichtung, beispielsweise der Verstelleinrichtung 6 so geführt, dass zum Schneiden der Brennpunkt 25 oder zum Schweißen der Brennpunkt 35 auf die gewünschte Stelle des Werkstücks positioniert sind. Sodann (oder zuvor) wird die Lichtweiche 19 in die gewünschte Betriebsart geschaltet. Soll geschweißt werden, wird der Schieber 42 in seine Endlage I geführt. Soll geschnitten werden, wird er in die Endlage II geführt. Dies erfolgt durch Ansteuerung des Linearantriebs 43, wenn dieser druckluftbetätigt ist, in Sekundenbruchteilen. Im Schneidbetrieb ist die Fokussiereinrichtung 20 aktiv. Entsprechend wird die Düsenkammer 27 mit Schneidgas beaufschlagt. Die Positioniereinrichtung führt den Laserkopf 3 nun so entlang der Werkstückoberfläche 26, dass der gewünschte Schnitt erzeugt wird. Dabei kann das Gaszuführungselement 37, das kein Gas führt, in seiner, in Fig. 4 veranschaulichten, Passivposition bleiben.
Soll dagegen geschweißt werden, wird der Schieber 42 in seine Endlage I gefahren. Das gesamte Licht wird von der Lichtweiche 19 nun auf den Fokussierspiegel 33 geführt. Außerdem wird das Gaszuführungselement 37 in seine in Fig. 3 veranschaulichte Position geklappt und mit Schutzgas beaufschlagt. Dazu kann eine nicht weiter veranschaulichte Verbindung zwischen dem Schieber 42 und dem Gaszuführungselement 37 dienen. Dagegen wird der Düsenkammer 27 kein Schneidgas mehr zugeführt. Wird der Laserstrahl eingeschaltet, entsteht an dem Brennpunkt 35 ein Brennfleck, der mittels der Positioniereinrichtung an der gewünschten Nahtkontur über die Werkstückoberfläche geführt wird.
In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform des kombinierten Laserkopfs 3 veranschaulicht. Die vorstehende Beschreibung gilt entsprechend. Abweichend von dieser ist die Linse 24 in dem Zweig 18a des Lichtwegs 18 angeordnet. In dem Zweig 18b kann eine Planscheibe 24a zur Herstellung der Gasdichtigkeit oder eine weitere Linse angeordnet sein. Der Spiegel 33' kann als Planspiegel oder als Fokussierspiegel ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform verzweigt sich der Lichtweg erst hinter der ersten Fokussiereinrichtung 20, die somit gewissermaßen beiden Zweigen 18b, 18c des Lichtwegs 18 gemeinsam angehört.
Ein kombinierter, für das Laserschneiden und das Laserschweißen eingerichteter, Laserkopf 3 enthält zwei Fokussiereinrichtungen 20, 21, von denen eine zum Laserschneiden und die andere zum Laserschweißen eingerichtet ist. Die Fokussiereinrichtungen sind über eine Lichtweiche 19 an einen gemeinsamen Strahleingang 17 angeschlossen, so dass der Laserkopf 3 wahlweise zum Schneiden oder zum Schweißen benutzt werden kann. Dadurch werden Wechselzeiten für unterschiedliche Laserköpfe zum Schneiden oder zum Schweißen eingespart.

Claims

1. Laserkopf (3), insbesondere für Laserbearbeitungsmaschinen (1),
mit einem Strahleingang (17), der den Anfang eines verzweigten Lichtwegs (18) bildet,
mit einer ersten Fokussiereinrichtung (20), die zur Laserbearbeitung eine erste Brennweite aufweist und in einem ersten Zweig (18b) des Lichtwegs (18) angeordnet ist,
mit einer zweiten Fokussiereinrichtung (21), die zur Laserbearbeitung eine zweite Brennweite aufweist und die in einem zweiten Zweig (18c) des Lichtwegs (18) angeordnet ist,
mit einer Lichtweiche (19), die eine Verzweigungseinrichtung für den Lichtweg (18) bildet und die steuerbar ist, um das Laserlicht entweder über den ersten Zweig (18b) des Lichtwegs (18) zu der ersten Fokussiereinrichtung (20) oder über den zweiten Zweig (18c) des Lichtwegs (18) zu der zweiten Fokussiereinrichtung (21) zu leiten.

2. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Fokussiereinrichtungen (20, 21) an dem Laserkopf (3) relativ zueinander in fester Ausrichtung und in festem Abstand angeordnet sind.

3. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtungen (20, 21) zueinander parallele optische Achsen (22, 34) aufweisen.

4. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Zweige (18b, 18c) des Lichtwegs (18) in gerader Verlängerung an einen vor der Weiche (19) gelegenen Anfangsabschnitt (18a) des Lichtwegs (18) anschließt, so dass der Anfangsabschnitt (18a) und der Zweig (18b) eine gemeinsame optische Achse (22) festlegen.

5. Laserkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein anderer der Zweige (18b, 18c) des Lichtwegs (18) seitlich von der optischen Achse (22) abzweigt.

6. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtweiche (19) einen linear verschiebbaren Reflektor (41) aufweist, der in den Strahlengang hinein und aus diesem heraus verfahrbar ist.

7. Laserkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (41) in Richtung des zweiten Zweigs (18c) des Lichtwegs (18) verfahrbar ist.

8. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (41) der Lichtweiche (19) mit einer Linearantriebseinrichtung (43) verbunden ist.

9. Laserkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebseinrichtung (43) zwei Endlagepositionen (I, II) aufweist, zwischen denen sie umschaltbar ist.

10. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fokussiereinrichtung (20) eine Linse (24) oder ein anderes optisches Element (24a) aufweist, das eine Düsenkammer (27) einseitig abschließt.

11. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkammer (27) in einer Gasaustrittsdüse (29) mündet, die konzentrisch zu der durch die Gasaustrittsdüse (29) führenden optischen Achse (22) ausgerichtet ist.

12. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserkopf (3) eine Abstandsregeleinrichtung aufweist, die den Abstand zwischen der Gasaustrittsdüse (29) und einem Werkstück konstant hält.

13. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsdüse (29) in Richtung der optischen Achse (22) des ersten Zweigs (18b) des Lichtwegs (18) und somit der ersten Fokussiereinrichtung (20) verstellbar gehalten ist.

14. Laserkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsdüse (29) mit einer Düsen-Verstelleinrichtung (31, 32) verbunden ist.

15. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der ersten Fokussiereinrichtung (20) kleiner ist als die Brennweite der zweiten Fokussiereinrichtung (21).

16. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fokussiereinrichtung (21) einen Fokussierspiegel (33) aufweist.

17. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Fokussiereinrichtung (21) eine Schutzgas-Zuführungseinrichtung (39) zugeordnet ist.

18. Laserkopf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgas-Zuführungseinrichtung (39) ein beweglich an dem Laserkopf (3) gelagertes Gaszuführelement (37) aufweist, dessen Gasaustritt (38) in der Nähe eines von der Fokussiereinrichtung (21) auf dem Werkstück erzeugten Brennflecks (35) angeordnet ist.

19. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Laserkopf (3) Hilfseinrichtungen wie beispielsweise eine Abstandsregeleinrichtung, Tüllen und dergleichen zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition beweglich gelagert sind.

20. Laserbearbeitungsmaschine mit einem Laserkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 18.

21. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Laserlichtquelle (10) aufweist, die während des Umschaltens der Lichtweiche (19) nicht gesperrt ist.

22. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (19) während des Umschaltens der Lichtweiche (19) arbeitet.