DE19737094A1 - Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laser - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Bearbeitung von Werkstücken mit Hilfe von Laserstrahlung ist mittlerweile vielfach gebräuchlich. So werden Laser beispielsweise zum Schweißen, zum Schneiden oder aber auch zum Beschriften von Werkstücken verwendet. Die Bearbeitung findet hierbei mit einem entsprechend ausgebildeten Bearbeitungswerkzeug statt, das über eine Verbindungsstrecke, beispielsweise einen über Umlenkspiegel gebildeten Strahlengang oder über einen Lichtleiter mit dem Laser in Verbindung steht.

Die genannten Bearbeitungsvorgänge finden häufig innerhalb eines kontinuierlich laufenden Produktionsbandes statt, weshalb ein zuverlässiger Dauerbetrieb der Bearbeitungsvorrichtung gewünscht wird. Bei Ausfall einer solchen Bearbeitungseinheit muß das entsprechende Band gestoppt werden, bis die Bearbeitungseinheit wieder in Stand gesetzt ist. Auch bei einer Wartung kann ein entsprechender Stillstand erforderlich werden.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mittels der die Ausfallzeiten durch Ausfall eines Lasers deutlich vermindert, wenn nicht vollständig vermieden werden, so daß die entsprechenden Standzeiten der Produktionsbänder reduziert werden oder ganz entfallen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks dadurch aus, daß neben dem ohnehin vorgesehenen Laser ein weiterer Laser über eine weitere Verbindungsstrecke mit der Bearbeitungseinheit in Verbindung steht. Hierdurch ist es möglich, bei Ausfall des ursprünglich vorgesehenen Lasers den als Ersatz bereit stehenden zweiten Laser in Betrieb zu nehmen und die Bearbeitung fortzusetzen. Ein Stillstand am Produktionsband wird hierdurch vollständig vermieden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Umschalteinheit vorgesehen, die das Umschalten der Bearbeitungsvorrichtung auf den Betrieb mit dem Zusatzlaser steuert. Über eine derartige Umschalteinheit können die verschiedenen, für die Inbetriebnahme des Zusatzlasers notwendigen Umstellungen bei der Vorrichtung zentral gesteuert und ausgelöst werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden Schaltmittel zum Einkoppeln des zusätzlichen Laserstrahls an der Bearbeitungseinheit und zum Auskoppeln des ursprünglich verwendeten Laserstrahls an der Bearbeitungseinheit vorgesehen. Durch derartige Schaltmittel erübrigt sich ein manuelles Umschalten an der Bearbeitungseinheit, wobei diese Schaltmittel beispielsweise durch eine Umschalteinheit der vorgenannten Art zu betätigen sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Laser mit zwei oder mehreren Bearbeitungseinheiten über jeweils eine Verbindungsstrecke verbunden. Auf diese Weise braucht zur Erzielung der erfindungsgemäßen Vorteile nicht zu jedem in der Bearbeitung tätigen Laser ein entsprechender Ersatzlaser bereitgestellt zu werden. Es genügt in diesem Fall einen Ersatzlaser gewisser Maßen in "stand by"-Funktion für verschiedene Bearbeitungseinheiten bereit zu stellen. Bei Ausfall eines der im Betrieb befindlichen Laser wird der Ersatzlaser der Bearbeitungseinheit zugeschaltet, deren Betriebslaser ausgefallen ist. Die Zuordnung des Ersatzlasers an die entsprechende Bearbeitungseinheit wird in vorteilhafter Weise wiederum durch eine Umschalteinheit der vorgenannten Art durchgeführt.

In einer vorteilhaften Weiterleitung der Erfindung wird eine schaltbare Weiche an einem Laser mit mehreren Abzweigungen für den Laserstrahl vorgesehen. Durch eine solche schaltbare Weiche, die am Strahlausgang eines Ersatzlasers wie oben beschrieben angeordnet wird, kann die Zuordnung zu einer bestimmten Verbindungsstrecke zu einer bestimmten Bearbeitungseinheit extern gesteuert werden, wobei wiederum eine Umschalteinheit der vorbeschriebenen Art diese Funktion übernehmen kann.

Diese Umschalteinheit kann in vorteilhafter Weise auch die Schaltmittel, die an der Bearbeitungseinheit vorgesehen sind, steuern.

Üblicherweise werden die Laser über eine eigene Steuerung betrieben, die die vorgegebenen Betriebsparameter einstellt und überwacht. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für den Zusatzlaser eine zusätzliche Steuerung bereitgestellt. Hierdurch ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile, das heißt die Vermeidung von Stillstand des Produktionsstandes auch dann, wenn der Fehler, der zum Ausfall des Lasers führt, in der jeweiligen Steuerung seine Ursache hat.

Auch die Lasersteuerungen werden vorzugsweise über die oben angeführte Umschalteinheit gesteuert.

Je nach Umfang der Funktion der zentralen Umschalteinheit kann der Einschaltvorgang des Zusatzlasers bzw. der Ausschaltvorgang des defekten Lasers mehr oder weniger automatisiert durchgeführt werden. Sofern alle vorteilhaften, oben angeführten Schaltmittel vorgesehen und mit der Umschalteinheit gekoppelt sind, ist ein vollautomatischer Einsatz möglich.

Eine Umschalteinheit zum Schalten eines erfindungsgemäßen Zusatzlasers kann so ausgebildet werden, daß sie selbsttätig bei Ausfall eines Lasers die notwendigen Schaltvorgänge durchführt.

Sofern, wie dies häufig der Fall ist, unterschiedliche Lasersteuerungen über einen gemeinsamen Rechner angesteuert werden, kann auch die Umschalteinheit so ausgebildet werden, daß sie von dem genannten Rechner aus ansteuerbar ist. In diesem Fall kann dieser Rechner, der ohnehin die Betriebszustände der einzelnen Lasersteuerungen ständig erfaßt, das Auslösen des Umschaltvorgangs bei einem Ausfall eines Lasers übernehmen.

Vorteilhafterweise wird die Verbindungsstrecke zwischen Bearbeitungseinheit und Laser in Form eines Lichtleiters, beispielsweise einer Glasfaser ausgebildet. Die Vorteile dieser Lichtleiter werden vielfach genutzt und liegen darin, daß die Verbindungsstrecke räumlich flexibel verlegt werden kann und zugleich die Verletzungsgefahr durch den Laserstrahl vermieden wird, da der Laserstrahl im Innern des Lichtleiters geführt und nach außen hin abgeschirmt ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden zusätzlich Anzeigemittel zur Anzeige des Schaltzustands und/oder Eingabemittel zur Eingabe eines gewünschten Schaltzustand vorgesehen. Diese Anzeigemittel, die beispielsweise an einer Umschalteinheit wie oben angeführt angebracht werden können, dienen dazu, den Ausfall einer Lasereinheit zu signalisieren.

Diese Signale können beliebiger Art, beispielsweise optisch oder akustisch sein. Die Signale können auch über einen direkt oder indirekt mit der Umschalteinheit in Verbindung stehenden Rechner erzeugt werden. Nach Ausfall eines Lasers und Umschalten des Betriebszustands auf den Ersatzlaser kann somit unverzüglich mit der Instandsetzung des ausgefallenen Lasers begonnen werden, um möglichst bald den ursprünglichen Zustand, das heißt die Bereithaltung eines Zusatzlasers in "stand by"-Funktion wieder herzustellen.

Die Eingabe eines gewünschten Schaltzustandes ermöglicht das gezielte Umschalten, beispielsweise um die Wartung eines Laser oder die Reparatur eines Defekts, der noch nicht zum Ausfall des Lasers geführt hat, durchzuführen und in dieser Zeit den Zusatzlaser einzusetzen.

Ausführungsbeispiel der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Vorrichtung (1) gemäß der einzigen Figur umfaßt einen sogenannten Galvokopf (2), der zum Beschriften von Werkstücken Verwendung findet. Der Galvokopf (2) hat zwei Eingänge (3, 4) für jeweils einen Lichtleiter (5, 6). Eine elektrische beziehungsweise elektronisch steuerbare Stelleinheit (7) ist zwischen den Eingängen (3, 4) und dem Galvokopf (2) angeordnet.

Die beiden Lichtleiter (5, 6) sind mit einem Laser (8) sowie einem Ersatzlaser (9) verbunden, die jeweils über eine Lasersteuerung (10, 11) betrieben werden.

Am Ausgang des Ersatzlasers (9) ist eine Dreifachweiche (12) angeordnet. Über die Weiche (12) kann der Ersatzlaser (9) an drei verschiedene Lichtleiter (5, 13) gekoppelt werden.

Eine Umschalteinheit (15) kontrolliert über eine Leitung (16) die Weiche (12) am Standby-Laser in der gewünschten Stellung. Die Verstellung der Weiche erfolgt über die SPS-Umschaltung (21).

Neben dem Laser (8) und dem Ersatzlaser (9) sind zwei weitere Laser (17, 18) mit entsprechenden Steuerungen (19, 20) dargestellt. Die Darstellung dieser beiden Laser (17, 18) mit Steuerung (19, 20) soll andeuten, daß zwei oder mehrere weitere Bearbeitungszweige an die vorliegend beschriebene Vorrichtung (1) angeschlossen werden können. Diese nicht näher beschriebenen Funktionszweige der weiteren Beschriftungsköpfe, können beispielsweise, wie in der Figur dargestellt, mit weiteren Lichtleitern (13, 14) verbunden werden.

Die Umschalteinheit (15) ist mit einer Steuerung (21) verbunden, über die mehrere Stelleinheiten (7) betätigt werden können. Die Stelleinheit (7) ist hierzu mit einer Verbindungsleitung (22) an die Steuerung (21) angeschlossen. Drei weitere entsprechende Anschlüsse (23, 24) sind an der Steuerung (21) angedeutet. Diese Anschlüsse (23, 24, 25) werden beispielsweise mit weiteren Stelleinheiten entsprechend der Stelleinheit (7) von weiteren nicht näher dargestellten Bearbeitungsköpfen verbunden.

Die Umschalteinheit (15) steht weiterhin über Leitungen (26) bzw. (27) mit den Lasersteuerungen (10) bzw. (11) in Verbindung. Zwei weitere Leitungsanschlüsse (28, 29) der Umschalteinheit (15) deuten an, daß weitere Lasersteuerungen, beispielsweise die Lasersteuerungen (19, 20) an die Umschalteinheit (15) anzuschließen sind.

Die Umschalteinheit (15) ist über eine sogenannte input/output Karte (30) an einen Rechner (31) angeschlossen. Der Rechner (31) wiederum steht über eine weiteres Zwischenglied (32) mit einem Monitor (33) sowie einer Tastatur (34) in Verbindung. Das Zwischenglied (32) ermöglicht es, einen weiteren, nicht näher dargestellten Rechner über den gleichen Monitor (33) sowie die gleiche Tastatur (34) zu bedienen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet im Normalbetrieb so, daß über den Laser (8) der Galvokopf (7) sowie über die Laser (17, 18) weitere nicht näher dargestellte Bearbeitungswerkzeuge, beispielsweise weitere Galvoköpfe betrieben werden. Die Umschalteinheit (15) erhält über die jeweilige Steuerung (10, 19, 20) laufend die Mitteilung über den Betriebszustand der Laser (8, 17, 18). Der Betriebszustand der Laser (8, 17,18) wird von der Umschalteinheit (15) an den Rechner (31) weitergegeben.

Sobald ein Laser, beispielsweise der Laser (8) ausfällt, setzt sich die Umschalteinheit (15) entweder selbsttätig oder auf ein Kommando des Rechners (31) hin in Betätigung und gibt eine Fehlermeldung aus. Aus Gründen der Fertigungssicherheit wird die Umschaltung des Ersatzlasers mittels Schlüsselschalter an der Peripherie der Schaltweiche (15) und der SPS-Umschaltung (21) vorgenommen. Eine automatische Umschaltung in der heutigen Ausführung ist möglich, aber nicht sinnvoll, da bei Anlagendefekten immer bewußt eine Instandsetzung eingeleitet werden muß.

Hierzu wird zum einen über die Steuerung (21) die Stelleinheit (7) betätigt, so daß am Galvokopf (2) an Stelle des Lichtleiters (6) der Lichtleiter (5) in die Position gebracht wird, in der das im Lichtleiter ankommende Laserlicht in die Bearbeitungseinheit (2) eingekoppelt wird.

Weiterhin wird die Lasersteuerung (11) an Stelle der Lasersteuerung des ausgefallenen Lasers, im vorbeschriebenen Beispiel an Stelle der Lasersteuerung (10) geschaltet, so daß alle Eingaben, die ursprünglich für die Lasersteuerung (10) bestimmt waren, nunmehr an die Lasersteuerung (11) weitergeleitet werden.

Zugleich wird die Dreifachweiche (12) am Ausgang des Ersatzlasers (9) so geschaltet, daß der gewünschte Lichtleiter (5) an den Ausgang des Ersatzlasers (9) gekoppelt ist. Nunmehr kann der Galvokopf (2) über den Ersatzlaser betrieben werden und der ausgefallene Laser (8) in Stand gesetzt werden.

Analog wird bei einem Ausfall der Laser (17, 18) verfahren, deren Ausgänge jeweils mit den gleichen Bearbeitungseinheiten zu verbinden sind, wie die Lichtleiter (13, 14) am Ausgang der Dreifachweiche (12) des Ersatzlasers (9).

Der jeweilige Schaltzustand wird über Anzeigemittel, beispielsweise akustische oder visuelle Signale angezeigt. Diese Signale können an der Umschalteinheit (15) oder aber auch durch den Rechner (31) auf dem Monitor (33) beziehungsweise dem Lautsprecher (35) erzeugt werden.

Durch eine Vorrichtung (1) der beschriebenen Art können alle im Produktionsbetrieb eingesetzten Bearbeitungswerkzeuge (2) von kurzen Umschaltzeiten abgesehen dauerhaft auch bei Ausfall eines Lasers (8, 17, 18) betrieben werden. Da diese Bearbeitungseinheiten (2) in der Regel in den Arbeitsablauf an einem Produktionsband eingegliedert sind, wird hierdurch ein Stillstand eines solchen Produktionsbandes verhindert.

Weiterhin können Arbeiten an einem noch funktionierenden Laser (8, 17, 18) durchgeführt werden, ohne das zugehörige Produktionsband zu stoppen. In diesem Fall wird über einen entsprechenden Eingabebefehl der Ersatzlaser (9) an die Stelle des im Produktionsablauf befindlichen Lasers geschaltet. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden Produktionsausfälle durch einen Laserdefekt oder durch Wartungsarbeiten vollständig vermieden.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Galvokopf

3

Eingang

4

Eingang

5

Lichtleiter

6

Lichtleiter

7

Stelleinheit (2-fach)

8

Laser

9

Ersatzlaser (Standby)

10

Lasersteuerung

11

Lasersteuerung

12

Weiche (3-fach)

13

Lichtleiter

14

Lichtleiter

15

Umschalteinheit

16

Leitung

17

Laser

18

Laser

19

Lasersteuerung

20

Lasersteuerung

21

SPS-Umschaltung

22

Verbindungsleitung

23

Anschluß

24

Anschluß

25

Anschluß

26

Leitung

27

Leitung

28

Leitungsanschluß

29

Leitungsanschluß

30

Input/Output Karte

31

Rechner

32

Zwischenglied

33

Monitor

34

Tastatur

35

Lautsprecher

Claims (13)

1. Vorrichtung (1) zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Laser (8), einer Bearbeitungseinheit (2) und einer Verbindungsstrecke (6) zwischen dem Laser (8) und der Bearbeitungseinheit (2), dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Laser über eine weitere Verbindungsstrecke (5) mit der Bearbeitungseinheit (2) in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschalteinheit (15) zum gesteuerten Umschalten der Bearbeitungseinheit (2) auf einen Betrieb über den Zusatzlaser (9) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel (7) zum Einkoppeln des einen Laserstrahls an die Bearbeitungseinheit (2) und zum Auskoppeln des anderen Laserstrahls an der Bearbeitungseinheit (2) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser (9) mit zwei oder mehreren Bearbeitungseinheiten über jeweils eine Verbindungsstrecke (5, 13, 14) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einer der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine schaltbare Weiche (12) an einen Laser (9) mit zwei oder mehreren Abzweigungen vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinheit (15) die Weiche (12) steuert.

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinheit (15) die Schaltmittel (7) an der Bearbeitungseinheit (2) steuert.

8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der zusätzliche Laser (9) mit Steuermitteln versehen ist, die ihrerseits durch die Umschalteinheit (15) steuerbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (31) zur Betätigung der Umschalteinheit (15) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Verbindungsstrecke als Lichtleiter (5, 6) ausgeführt ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Anzeigemittel zur Anzeige des Schaltzustandes und/oder Eingabemittel zur Eingabe eines gewünschten Schaltzustandes vorgesehen sind.

12. Umschalteinheit (15) für eine Vorrichtung (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laser, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einem der vorgenannten Ansprüche ausgebildet ist.

13. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Lasers, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche verwendet wird.