DE3141881C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine mit einem Bearbeitungskopf, der an einem axial beweglichen Rohr eine Sammellinse zum Bündeln und eine Düseneinrichtung für den Austritt des Laserstrahles und/oder eines Gases sowie mindestens eine Stützvorrichtung aufweist, die auf dem Werkstück aufliegt und die Düse stets im gleichen Abstand vom Werkstück hält.

Um eine genaue und gute Bearbeitung mit Laserstrahlen zu erzielen, ist es wichtig, den Laserstrahl durch Leuchtfeldlinsen auf einen Minimaldurchmesser auf die zu bearbeitenden Werkstücke zu fokussieren. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, die Fokussierstellung der Leuchtfeldlinsen auf die Abmessungen oder Dicken der zu bearbeitenden Werkstücke genau einstellen zu können. Da flächenförmige Werkstücke, wie beispielsweise Bleche, mehr oder weniger gebogen oder verworfen sind, ist es erforderlich, derartige Werkstücke so vorzuschieben, daß ihre zu bearbeitenden Teile sich im Brennpunkt des Laserstrahles, d. h. im Brennpunkt der Leuchtfeldlinsen befindet. Es ist deshalb wünschenswert, die Fokussierstellung der Leuchtfeldlinsen während der Bearbeitung den Biegungen oder Verwerfungen der flächenförmigen Werkstücke folgend nachgiebig verändern zu können. Ferner ist es erforderlich, die Leuchtfeldlinsen zum Fokussieren der Laserstrahlen leicht auswechseln zu können, da diese Linsen oft beschädigt werden.

Es ist eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine der eingangs näher erläuterten Art bekannt (DE-OS 29 49 953), bei der der Bearbeitungskopf ein axial bewegliches Rohr aufweist, in dem eine Sammellinse zum Bündeln des Laserstrahles und eine Düseneinrichtung enthalten ist, durch die der Laserstrahl und gegebenenfalls auch ein Gas austreten kann. An dem beweglichen Rohrstück ist eine Stützvorrichtung befestigt, die mit einer Stützrolle auf dem Werkstück selbst entlangrollt und die Düse immer im gleichen Abstand vom Werkstück hält.

Mit dieser bekannten Einrichtung ist es zwar möglich, die aus Sammellinse und Düse bestehende Bearbeitungseinheit immer im gleichen Abstand von dem zu bearbeitenden Werkstück zu halten, auch wenn dieses Unebenheiten aufweist, mit denen sich das Werkstück beim Vorbeischieben am Bearbeitungskopf diesem mehr oder weniger weit nähert, es gibt jedoch keine Verstellmöglichkeit, mit der die Linse und die Düseneinrichtung unterschiedlichen Werkstücken angepaßt werden kann. Sammellinse und Glasdüse sind nämlich in einem festen Abstand zueinander justiert, so daß eine Veränderung der Brennweite nicht möglich ist. Düseneinrichtung und Sammellinse können auch nicht aus dem Rohr herausgenommen und ausgewechselt werden.

Bei einer anderen Laserstrahl-Schneidvorrichtung (DE-OS 23 52 481) ist eine Sammellinse in einem Rohr fest eingebaut. Die Blasdüse, durch welche der Laserstrahl und ein Gas austreten, ist mit ihrem unteren Rand mit einer Gleitringdichtung auf dem Werkstück abgestützt und kann sich in dem Rohr, in dem die Sammellinse sitzt, entgegen der Wirkung einer Feder axial verschieben. Dies hat zur Folge, daß die Düse sich Unebenheiten des Werkstückes zwar anpassen kann, daß sich hierbei aber gleichzeitig der Abstand zur Sammellinse ändert und der Brennfleck nicht mehr an der richtigen Stelle das Werkstück tritt. Vielmehr liegt der Brennpunkt der Sammellinse zum Teil oberhalb einer welligen Werkstückfläche, über die die Blasdüse hinweggleitet, während sie sich gegenüber der Sammellinse in Axialrichtung der Laserstrahlen verschiebt.

Es gibt auch bereits eine Laserstrahl-Bearbeitungsvorrichtung ("Schweißen und Schneiden" 6/75: Economic cutting with CO₂-lasers), die mit einem Sensor das Werkstück abtastet und elektronisch einen Motor steuert, der den Schneidkopf hebt und senkt und immer in optimalem Abstand vom Werkstück hält.

Diese bekannte Vorrichtung hat einen komplizierten Aufbau und benötigt eine umfangreiche Sensorsteuerung, die nicht für alle Werkstücke brauchbar ist und leicht durch auf der Oberfläche der Werkstücke vorhandene Verunreinigungen irritiert werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Lasereinrichtung der eingangs näher erläuterten Art eine Verstellmöglichkeit der Linse zu schaffen, so daß deren Brennweite verändert und unterschiedlichen Werkstücken angepaßt werden kann, ohne daß die Anpaßmöglichkeit des Schneidkopfes an Unebenheiten des Werkstückes eingeschränkt wird.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die Sammellinse im Inneren des Bearbeitungskopfes verstellbar und hierdurch in ihrem Abstand zum Werkstück einstellbar ist und daß die Düseneinrichtung in ihrem Abstand von der Sammellinse einstellbar ist.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß Sammellinse und Düseneinrichtung unterschiedlichen Werkstücken leicht angepaßt werden können, wobei die einfache mechanische Nachführung des Bearbeitungskopfes über Unebenheiten des Werkstückes beibehalten wird.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an Beispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine nach der Erfindung in einer Seitenansicht,

Fig. 2 die Maschine nach Fig. 1 im Grundriß,

Fig. 3 eine Stirnansicht der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung in vergrößertem Maßstab und in einer Stirnansicht,

Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 3 in einem Vertikallängsschnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 den Gegenstand der Fig. 3 in einem Horizontalschnitt nach Linie V-V,

Fig. 6 eine Stirnansicht der Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine nach Fig. 1 und 2, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einer Stirnansicht zeigt,

Fig. 7 den Gegenstand der Fig. 6 in einem Schnitt nach Linie VII-VII,

Fig. 8 den Gegenstand der Fig. 6 in einem Schnitt nach Linie VIII-VIII und

Fig. 9 den Gegenstand der Fig. 7 in einem Schnitt nach Linie IX-IX.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet und mit einem Laser-Resonator, beispielsweise einem CO₂-(Kohlenstoffdioxidgas) Laser-Resonator, ausgerüstet ist. Der Laser-Resonator 3 kann ein handelsüblicher Laser-Resonator sein, der so ausgebildet ist, daß er einen Laserstrahl LB erzeugt und ihn der Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1 zuführt, wie dies durch den Pfeil in den Fig. 1 und 2 angedeutet ist.

Die Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1 hat einen Grundrahmen 5 und einen Pfosten 7, der an einem Ende des Grundrahmens 5 befestigt ist oder mit diesem aus einem Stück besteht und einen überragenden Kopfrahmen 9 trägt, welcher von dem Pfosten 7 auskragt und den Grundrahmen 5 horizontal überspannt. Der Grundrahmen 5 ist an seiner Oberseite mit einem feststehenden Tisch 11 versehen, der mehrere Stützkugeln 13 aufweist, auf denen ein zu bearbeitendes Werkstück W, beispielsweise ein Blech, in horizontaler Lage aufgelegt wird. Der übergreifende Kopfrahmen 9 ist am vorderen Ende mit einem Bearbeitungskopf 15 versehen, der eine Spiegeleinrichtung 17 aufweist und in folgenden noch näher beschrieben werden wird.

Die Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1 der oben erläuterten Konstruktion ist so ausgebildet, daß sie den Laserstrahl LB von dem Laser-Resonator 3 empfängt und den Laserstrahl LB, wie durch den Pfeil angedeutet, durch den Bearbeitungskopf 15 auf das Werkstück W leitet, um hierdurch das Werkstück W zu bearbeiten. Die Spiegeleinrichtung 17 ist ferner so ausgebildet, daß sie den vom Laser-Resonator 3 erzeugten Laserstrahl LB reflektiert und auf das Werkstück W richtet. Zum Übertragen des Laserstrahles LB vom Laser-Resonator 3 auf die Spiegeleinrichtung 17 sind bei der bevorzugten Ausführungsform zwei weitere Spiegelvorrichtungen 19 und 21 vorgesehen.

Zum Vorschieben und Positionieren des Werkstückes W ist die Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1 mit einem ersten, horizontal beweglichen Längsschlitten 23 und einem zweiten Querschlitten 25 ausgerüstet, der mehrere Klemmvorrichtungen 27 zum Festklemmen des Werkstückes W aufweist und auf dem ersten Längsschlitten 23 gleitend montiert ist. Der Längsschlitten 23 ist auf zwei Schienen 29 gleitend montiert, die im oberen Teil des feststehenden Werkstücktisches 11 parallel zueinander derart befestigt sind, daß der Längsschlitten sich unmittelbar unter dem Bearbeitungskopf 15 in die Bearbeitungszone vor- und zurückbewegen kann, wenn er angetrieben wird. Der Querschnitt 25, der die Klemmvorrichtungen 27 trägt, ist auf dem Längsschlitten 23 so montiert, daß er rechtwinklig zu den Schienen 29 von einem Kraftantrieb horizontal bewegt werden kann. Die Klemmvorrichtungen 27 sind am Querschlitten 25 lösbar und einstellbar befestigt, so daß sie auf der Breite des zu bearbeitenden Werkstückes eingestellt werden können. Ferner sind zwei bewegliche Seitentische 31 und 33 vorgesehen, die dazu dienen, die überkragenden Enden des Werkstückes W zu unterstützen, und mehrere Stützkugeln 13 aufweisen. Diese Seitentische können am ersten oder Längsschlitten 23 derart befestigt werden, daß sie zusammen mit dem Werkstück W von dem Längsschlitten 23 bewegt werden.

Um im Anfang das zu bearbeitende Werkstück auf dem feststehenden Tisch 11 in Stellung zu bringen, ist ein zurückziehbarer Anschlag 35 an einem Arm 37 befestigt, der an einem Teil der Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1 horizontal festgelegt ist. Hierdurch kann das Werkstück W in seiner Ausgangslage auf dem feststehenen Tisch 11 positioniert werden, wenn es in Anlage mit dem Anschlag 35 von den Klemmvorrichtungen 27 an seinem einen Ende festgeklemmt wird, welches von dem Längsschlitten 23 in seine Ausgangsstellung in der Nähe des Pfostens 7 gebracht worden ist.

Bei der oben beschriebenen Anordnung kann das Werkstück W, das von den Klemmvorrichtungen 27 erfaßt worden ist, durch Kraftantrieb des Längsschlittens 23 und des Querschlittens 25 unter den Bearbeitungskopf 15 gebracht werden. Das Werkstück W wird dann von dem Laserstrahl LB geschnitten und gelocht, der von dem Laser-Resonator 3 erzeugt und über die Spiegel 17, 19 und 21 weitergeleitet und dann durch den Bearbeitungskopf 15 zuammen mit einem Hilfsgas, wie beispielsweise Sauerstoffgas, vertikal nach abwärts geführt wird. Das Werkstück W kann auch mit einer vorprogrammierten numerischen Steuerung automatisch und kontinuierlich durch Bewegen der Längs- und Querschlitten 23 und 25 geschnitten und gelocht werden.

Wie aus den Fig. 3, 4 und 5 hervorgeht, ist der Bearbeitungskopf 15 in der ersten Ausführungsform zusammen mit der Spiegeleinrichtung 17 auf zwei Tragblöcken 41a und 41b befestigt, die einen rechteckigen Querschnitt haben und in vertikaler Lage am vorderen Ende des Tragbalkens 9 befestigt sind. Der Bearbeitungskopf 15 hat eine obere Deckplatte 43, die in vertikaler Lage an den Tragblöcken 41a und 41b mit mehreren Schrauben 45 befestigt ist. Außerdem hat der Bearbeitungskopf 15 eine untere Grundplatte 47, die ebenfalls vertikal an den Tragblöcken 41a und 41b mit mehreren Schrauben 49 befestigt ist. Die untere Grundplatte 47 weist eine horizontale Platte 51 auf, die an ihren gegenüberliegenden Enden mit horizontalen Vorsprüngen 51pa, 51pb versehen und durch zwei Rippen 53a und 53b verstärkt ist.

Um das Werkstück W zu halten, sind zwei pneumatische oder hydraulische Motoren 55a und 55b an der Unterseite der horizontalen Vorsprünge 51pa und 51pb der horizontalen Platte 51 befestigt. Diese Motoren 55a und 55b haben Kolbenstangen 57a bzw. 57b, welche Polster 59a bzw. 59b tragen. Die Motoren sind so ausgebildet, daß ihre Kolbenstangen 57a und 57b vertikal nach unten ausfahren können, um das Werkstück W auf dem feststehenden Werkstück 11 festzuhalten. Hierbei werden die pneumatischen oder hydraulischen Motoren 55a und 55b in erster Linie dazu benutzt, um das Werkstück W festzuhalten, wenn es erforderlich ist, das Werkstück W in den Klemmvorrichtungen 27 zu lösen und dann andere Teile des Werkstückes W wieder einzuklemmen.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist im oberen Teil der oberen Deckplatte 43 ein Rohr 61 horizontal derart angeordnet, daß der von dem Laser-Resonator 3 kommende Laserstrahl zu der Spiegeleinrichtung 17 geleitet wird. Das Rohr 61 ist mit mehreren Schrauben 63 am oberen Teil der oberen Deckplatte 43 in horizontaler Lage befestigt und mit seinem vorspringenden Ende an die Spiegeleinrichtung 17 angeschlossen. Hierdurch wird der vom Laser-Resonator 3 kommende Laserstrahl LB von der Spiegeleinrichtung 17 unter 90° reflektiert und vertikal nach unten weitergeleitet, wie dies durch den Pfeil angedeutet ist.

Wie weiterhin aus Fig. 4 hervorgeht, hat die Spiegeleinrichtung 17 einen Spiegel 65, der von einer Fassung 67 in einem Gehäuse 69 gehalten wird, das von einer Kappe 71 abgeschlossen wird und einen Rahmenteil 73 aufweist, der eine im wesentlichen L-förmige Öffnung aufweist, durch die der reflektierte Laserstrahl hindurchgeht. Die Fassung 67 des Spiegels 65 ist sphärisch ausgebildet, so daß sie im Gehäuse 69 gedreht werden kann, um den Winkel des Spiegels 65 einstellen zu können. Sie wird im Gehäuse 69 mit mehreren Schrauben 75 verstellbar gehalten und steht unter der Wirkung einer Feder 77. Hierdurch kann die Winkelstellung des Spiegels 65 durch Drehen der Fassung 67 im Gehäuse derart eingestellt werden, daß der Laserstrahl LB unter einem Winkel von 90° reflektiert wird, wenn er auf die Spiegeleinrichtung 17 trifft.

Am unteren Ende ist an die Spielgeleinrichtung 17 eine Kupplung 79 angeschlossen, an der ein feststehendes Rohr 81 befestigt ist, welches so gehalten wird, daß der von der Spiegeleinrichtung 17 reflektierte Laserstrahl LB senkrecht nach unten weitergeleitet wird. Das feststehende Rohr 81 ist am unteren Ende mit einer Ringschulter 81s zu einem weiter unten noch näher erläuterten Zweck versehen und an einem Trägergehäuse 83 in vertikaler Lage mit mehreren Bolzen 85 befestigt.

Wie am besten aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, hat das Trägergehäuse 83 einen nahezu kastenförmigen Rahmen und ist mit mehreren Schrauben 87 an zwei Konsolen 89a und 89b befestigt, die parallel zueinander an der unteren Grundkante 47 in vertikaler Lage befestigt sind.

Wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht, ist am unteren Ende des feststehenden Rohres 81 ein bewegliches Rohr 91 teleskopartig angeschlossen, das an seinem oberen Ende mit einem Gewinde 91t versehen ist. Das bewegliche Rohr 91 hat einen größeren Durchmesser als das feststehende Rohr 81, dessen unteres Ende in das obere Ende des beweglichen Rohres 91 hineinragt, so daß das bewegliche Rohr 91 sich teleskopartig in vertikaler Richtung gegenüber dem feststehenden Rohr 81 bewegen kann. An seinem unteren Ende trägt das bewegliche Rohr 91 in seinem Inneren einen ringförmigen Federschuh 93, eine Kühlbüchse 95 mit einer ringförmigen Bohrung 95B für ein Kühlmittel und eine Leuchtfeldlinse 97, die von einem hülsenförmigen Halter 99 in Stellung gehalten wird. Der ringförmige Federteller 93 ist im beweglichen Rohr 91 zu einem im folgenden noch näher beschriebenen Zweck auf der Kühlbüchse 95 plaziert, und die Kühlbüchse 95 ist in das untere Ende des beweglichen Rohres 91 eingesetzt und an diesem mit mehreren Schrauben zusammen mit einer Platte 103 befestigt, die im folgenden noch näher beschrieben wird. Auch der büchsenartige Träger 99, der die Sammellinse 97 in Stellung hält, ist an der Kühlbüchse 95 derart lösbar befestigt, daß die Kondenser-Linse 97 durch Kühlmittel gekühlt wird, das durch die Ringbohrung 95B der Kühlbüchse 95 zirkuliert. Auf diese Weise wird der vom Laser-Resonator 3 kommende und von der Spiegeleinrichtung 17 reflektierte Laserstrahl LB durch das feststehende Rohr 81 und das bewegliche Rohr 91 senkrecht nach unten geleitet und durch die Sammellinse 97 am unteren Ende des beweglichen Rohres 91 gebündelt.

Das bewegliche Rohr 91 wird von einer Kugelbüchse 105 und außerdem zwei Führungsstangen 106a und 106b vertikal beweglich gehalten und geführt, die an der Oberseite der Platte 103 parallel zueinander befestigt und im Trägergehäuse 83 vertikal gehalten sind. Das bewegliche Rohr 91 wird von einer Schraubfeder 107 nach unten gedrückt, die in dem beweglichen Rohr 91 zwischen der Schulter 81s des feststehenden Rohres 81 und dem ringförmigen Federteller eingespannt ist.

Um das bewegliche Rohr 91 in vertikaler Richtung verstellen und feststellen zu können, sind eine Einstellmutter 109 und eine Kontermutter 111 vorgesehen, die mit dem Gewinde 91t des beweglichen Rohres 91 in Eingriff stehen. Die Einstellmutter 109 ist normalerweise durch die Kontermutter 111 auf dem Gewinde 91t des beweglichen Rohres 91 fixiert und wird von der Oberseite des Trägergehäuses 83 gehalten, so daß sie nicht tiefer gehen kann und das bewegliche Rohr 91 festhält. Die Einstellmutter 109 kann sich jedoch von der Oberseite des Trägergehäuses 83 nach oben abheben, so daß sich das bewegliche Rohr 91 aufwärts bewegen kann. Das bewegliche Rohr 91 wird hierdurch durch die Einstellmutter 109 festgehalten und kann durch Drehen der Einstellmutter 109 in ihrer normalen Höhenlage eingestellt werden; es kann sich jedoch entgegen der Wirkung der Feder 107 federnd nachgiebig aufwärts bewegen, wenn es nach oben gedrückt wird. Hieraus erkennt man, daß die von dem beweglichen Rohr 91 gehaltene Sammellinse 97 in ihrer Fokalposition durch Drehen der Einstellmutter 109 eingestellt wird und auch federnd nachgiebig aufwärts bewegt werden kann, wenn das bewegliche Rohr 91 nach oben gedrückt wird.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, ist am unteren Ende des beweglichen Rohres 91 ein Düsenaggregat 113 befestigt, mit dem der Laserstrahl LB zusammen mit einem Hilfsgas, wie beispielsweise Sauerstoff, auf das Werkstück W appliziert werden kann. Das Düssenaggregat 113 hat eine Düse 115 und einen büchsenartigen Düsenhalter 117, der eine Einlaßöffnung 117i für das Hilfsgas aufweist und an der Kühlbüchse 95 mit mehreren Schrauben 119 und einem hieran mit Schrauben 123 befestigten Tragring 121 befestigt ist. Die Düse 115 wird von einer Schraubenfeder 125 in einem ringartigen Halter 127 abwärts gedrückt, der so in der Düsenhaltebüchse 117 sitzt, daß er sich federnd nachgiebig aufwärts bewegen kann, wenn er nach oben gedrückt wird.

Die Düse 115 kann mit Hilfe von mehreren Einstellschrauben 129 justiert werden, um den Laserstrahl LB auf die wirksamste Weise auf das Werkstück W aufzubringen. Man erkennt, daß die Düse 103 vom unteren Ende des beweglichen Rohres 91 durch Lösen der Schrauben 119 leicht abgenommen werden kann, um die Sammellinse 97 auszuwechseln.

Auf einem ringförmigen Halter 133 sind mehrere Laufrollen 131 gelagert (Fig. 3 und 4), die auf den geborgenen oder verworfenen Teilen des Werkstückes W entlangrollen können, wenn dieses unter die Düse 115 vorgeschoben wird. Wenn hierbei gebogene oder verworfene Teile des Werkstückes unter die Düse 115 gelangen, werden die Laufrollen 131 von dem Werkstück W gedreht und angehoben und heben hierbei das Düsenaggregat 113 und das bewegliche Rohr 91 zusammen mit der Sammellinse 97 gegen die Wirkung der Schraubenfeder 107 an. Man erkennt hieraus, daß die Sammel- oder Leuchtfeldlinsen 97 von den Laufrollen 131 mit dem beweglichen Rohr 91 federnd nachgiebig bewegt werden, um die Fokussierstellung in Abhängigkeit von den Biegungen oder Verwerfungen des zu bearbeitenden Werkstückes W zu verändern.

An dem ringförmigen Halter 123 ist eine Tastvorrichtung 135 befestigt, die elektrisch so ausgebildet ist, daß sie die Bewegung des Längsschlittens 23 und des Querschlittens 25 und u. U. auch den Laserstrahl LB unterbricht, wenn sie auf irgendein Hindernis trifft. Sobald also ein Hindernis die Tastvorrichtung 135 berührt, werden der Längsschlitten 23 und der Querschlitten 25 oder die gesamte Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1 stillgesetzt, um den Bearbeitungskopf 15 einschließlich der Sammellinse 97 vor Beschädigung zu bewahren.

Damit sich das bewegliche Rohr 91 und die anderen mit ihm verbundenen Teile ferdernd nachgiebig leicht auf- und abbewegen können, ist ein Ausgleichsgewicht 137 vorgesehen, das aus mehreren Platten 139 besteht, um das Gewicht einstellen zu können (Fig. 4 und 5). Das Ausgleichsgewicht 137 ist durch zwei Drähte oder Drahtseile 141a und 141b mit der Platte 103 verbunden, die über zwei Rollen 143a bzw. 143b und um weitere Umlenkrollen 145a und 145b laufen. Die Rollen 143a und 145a und die Rollen 143b und 145b sind auf zwei Konsolen 147a und 147b drehbar gelagert, die an den Konsolen 89a und 89b befestigt sind. Außerdem wird das Ausgleichsgewicht 137 von zwei Führungsstangen 151a und 151b in vertikaler Richtung beweglich geführt, die von einer L-förmigen Konsole 153 in vertikaler Lage gehalten werden, die am oberen Teil der unteren Grundplatte 47 befestigt ist. Hierbei bewegt sich das Ausgleichsgewicht 137 in vertikaler Richtung, wenn das bewegliche Rohr 91 und die anderen Teile sich in vertikaler Richtung bewegen, so daß ihr Gewicht ausgeglichen wird und sie sich federnd nachgiebig leicht bewegen können.

Um das bewegliche Rohr 91 zusammen mit den anderen Teilen anzuheben, ist ein pneumatischer oder hydraulischer Antrieb 455 in Form eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinders vorgesehen, der eine Zylinderkammer 155c aufweist und an der horizontalen Platte 51 mit mehreren Schrauben 157 befestigt ist (Fig. 3 und 4). Bei der bevorzugten Ausführungsform hat der pneumatische oder hydraulische Zylinder 155 drei Stellungen und ist mit einem ersten Kolben und Kolbenstangenaggregat 159 und einem zweiten Kolben und Kolbenstangenaggregat 161 versehen, welche die Zylinderkammer 155c in drei Teilkammern 155ca, 155cb und 155cc unterteilen, welche Zylinderöffnungen 155pa, 155pb und 155pc haben. Die erste Kolben- und Kolbenstangeneinrichtung 159 ragt mit ihrer Kolbenstange nach unten aus der Kammer 155c des hydraulischen Zylinders heraus und ist an ihrem unteren Ende mit einem Träger 163 versehen, der mehrere Bolzen 165 trägt, die vertikal an der Platte 103 befestigt sind. Die Bolzen 165 tragen an ihren oberen Enden je einen Flansch 165f, so daß sie von dem Halter 163 festgehalten werden können, und sie sind in dem Halter in vertikaler Richtung verschieblich derart gelagert, daß das bewegliche Rohr 91 sich federnd nachgiebig auf- und abbewegen kann, während die erste Kolben- und Kolbenstangeneinrichtung 159 sich in ihrer voll ausgezogenen Lage befindet. Wenn das Werkstück W bearbeitet werden soll, wird die erste Kolben- und Kolbenstangeneinrichtung 159 in ihrer voll ausgezogenen Lage gehalten, wobei die Kammern 155cb und 155cc derart mit den pneumatischen oder hydraulischen Druckmittel beaufschlagt werden, daß sich das bewegliche Rohr 91 und die hiermit verbundenen anderen Teile in ihrer tiefsten Stellung befinden, um das Werkstück W zu bearbeiten. Man erkennt auch, daß das bewegliche Rohr 91 und die anderen Teile halb angehoben sind, wenn die Kammern 155ca und 155cc mit pneumatischem oder hydraulischem Druckmittel versorgt werden, und daß sie bis zu ihrer obersten Grenzstellung voll angehoben werden, wenn die Kammer 155ca mit dem pneumatischen oder hydraulischen Druckmittel gefüllt wird. Wenn das bewegliche Rohr 91 zusammen mit den anderen mit ihm verbundenen Teile von dem pneumatischen oder hydraulischen Antrieb 155 angehoben wird, kann das Düsenaggregat 113 durch Lösen der Schrauben 119 abgenommen und damit auch die Sammellinse 97 leicht ausgewechselt werden.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, ist an der Stange 169 ein Anschlag 167 befestigt, der mit drei Fühlvorrichtungen 171, 173 und 175, beispielsweise Endschaltern, zusammenwirkt, welche die Höhenlage der ersten Kolben- und Kolbenstangeneinrichtung 159 des pneumatischen oder hydraulischen Motors 155, d. h. die Höhenlage des beweglichen Bohrers 91 und der hiermit verbundenen Teile abtasten. Die den Anschlag 167 haltende Stange 169 ist in vertikaler Lage an der Oberseite der Platte 103 befestigt und wird von einer Gleitführung 177 vertikal gleitend geführt, die an der Vorderseite des Trägergehäuses 83 befestigt ist. Die Fühlvorrichtungen 171, 173 und 175 sind am vorderen Teil des Trägergehäuses 83 derart befestigt, daß sie von dem Anschlag 197 betätigt werden können, der sich zusammen mit der Platte 103 in vertikaler Richtung bewegt, wenn das bewegliche Rohr 91 in vertikaler Richtung bewegt wird. Außerdem sind die Fühlvorrichtungen 171, 173 und 175 so ausgebildet, daß sie von dem Anschlag 167 berührt werden, wenn sich die ersten Kolben- und Kolbenstangeneinrichtungen 159 in ihrer untersten, mittleren und obersten Lage befindet. Ferner ermöglicht die Fühlvorrichtung 171 den Austritt des Laserstrahles LB aus der Düse 115, wenn sie von dem Anschlag 167 berührt wird, während die Fühlvorrichtungen 173 und 175 so eingerichtet sind, daß sie den Laserstrahl LB aus der Düse 115 nicht austreten lassen.

Hieraus erkennt man, daß der Laserstrahl LB nur dann aus der Düse 115 austreten kann, wenn sich die Kolben- und Kolbenstangeneinrichtung 159 in ihrer voll ausgezogenen Stellung befindet und das bewegliche Rohr 91 und das Düsenaggregat 113 in ihrer Betriebsstellung sind, um das Werkstück W zu bearbeiten. Man erkennt ferner, daß der Laserstrahl LB nicht austreten kann, um Gefahr zu vermeiden, wenn das bewegliche Rohr 91 angehoben ist, um eine Abnahme des Düsenaggregates 113 zu ermöglichen.

In den Fig. 6 und 7 ist eine zweite Ausführungsform des Bearbeitungskopfes 15 dargestellt, die eine Spiegeleinrichtung 17 aufweist, welche die gleiche Konstruktion hat wie bei der ersten Ausführungsform. Der Bearbeitungskopf 15 der zweiten Ausführungsform hat eine im wesentlichen rechteckige Grundplatte 179, an der eine obere Platte 181 und eine untere Platte 183 in horizontaler Lage und zwei Seitenplatten 185a und 185b parallel zueinander in vertikaler Lage befestigt sind. Die Seitenplatten 185a und 185b sind an ihren Enden mit der oberen Platte 181 und der unteren Platte 183 derart verbunden, daß sie auf der Grundplatte 179 einen kastenförmigen Rahmen bilden.

Die Grundplatte 179 ist auf ihren einander gegenüberliegenden Seiten mit zwei horizontal angeordneten Stützplatten 187a und 187b versehen, die sich in horizontaler Richtung nach außen erstrecken und durch Rippen 189a und 189b versteift sind. Die horizontal angeordneten Stützplatten 187a und 187b tragen an ihrere Unterseite pneumatische oder hydraulische Motoren 191a und 191b, deren Kolbenstangen 193a und 193b wie bei dieser ersten Ausführungsform Stützkissen 195b und 195a tragen.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, ist eine vertikal angeordnete, im wesentlichen rechteckige Trageplatte 197 vorgesehen, die an ihrem unteren Ende eine horizontal verlaufende Kragplatte 199 trägt, die durch zwei senkrecht angeordnete Rippen 201a und 201b ausgesteift ist. Die Tragplatte 197 ist an ihrem oberen Rand auf einander gegenüberliegenden Seiten mit oberen Vorsprüngen 203a und 203b mit unteren Vorsprüngen 205a und 205b versehen, welche vertikal verlaufende Bohrungen aufweisen, deren Zweck weiter unten noch erläutert wird. Die Tragplatte 197 wird mit Büchsen 207 auf zwei Führungsstangen 209a und 209b vertikal verschieblich gehalten und geführt, die parallel zueinander zwischen der oberen Platte 181 und der unteren Platte 183 des Rahmens in vertikaler Lage befestigt sind. Außerdem wird die Tragplatte 197 normalerweise von den Stützplatten 187a und 187b mit zwei Haltestangen 211a und 211b abgestützt, die an ihren unteren Enden Verdickungen 211la und 211lb aufweisen und von Schraubenfedern 213a und 213b umgeben sind, welche bestrebt sind, die Tragplatte 197 aufwärts zu drücken.

Die Haltestangen 211a und 211b sind in den oberen und unteren Vorsprüngen 203a und 205a bzw. 203b und 205b der Tragplatte 197 in vertikaler Richtung gleitend geführt. Die Schraubenfedern 213a und 213b, welche die Haltestangen 211a und 211b umgeben, sind zwischen den oberen Vorsprüngen 203a und 203b und den Verdickungen 211la und 211lb der Haltestangen 211a und 211b eingespannt. Ferner sind die Haltestangen 211a und 211b an ihren oberen Enden mit Anschlägen 215a und 215b versehen und tragen an ihren unteren Enden Stüztkissen 217 und 217b. Hierdurch wird die Tragplatte 197 von den Federn 213a und 213b federnd nachgiebig gehalten, welche ihrerseits auf den Verdickungen 211la und 211lb der Haltestangen 211a und 211b und den Stützkissen 217a und 217b auf den horizontalen Stützplatten 187a und 187b abgestützt sind. Man erkennt hieraus, daß die Tragplatte 197 die Haltestangen 211a und 211b an den Anschlüssen 215a und 215b mit anhebt, wenn sie nach oben gedrückt wird.

Damit sich die Haltestangen 211a und 211b nach dem Anheben weich und stoßfrei wieder auf die Stützplatten 187a und 187b absetzen können, sind zwei Stoßdämpfer 219a und 219b des Luftzylindertyps vorgesehen, die Gleitstangen 221a und 221b aufweisen, wie dies in Fig. 6 in strichierten Linien dargestellt ist. Die Stoßdämpfer 219a und 219b sind senkrecht unterhalb der Stützplatten 187a und 187b angeordnet, wobei ihre Gleitstangen 221a und 221b mit Gleitsitz durch die Stützplatten 187a und 187b hindurchgeführt sind, über diese hinausragen und die Stützkissen 217a und 217b der Haltestangen 211a und 211b berühren. Wenn die Haltestangen 211a und 211b nach ihrem Anheben sich zusammen mit der Tragplatte 197 wieder absenken, werden die Stützkissen 217a und 217b der Haltestangen 211a und 211b zunächst weich aufgefangen und setzen sich dann stoßfrei auf die Stützplatten 187a und 187b auf.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist die Spiegeleinrichtung 17 mit einem Rohr 223 verbunden, aus dem der vom Laser-Resonator 3 produzierte Laserstrahl LB wie bei der ersten Ausführungsform zugeführt wird. Außerdem ist die Spiegeleinrichtung 17 durch ein ausziehbares Rohr 225 mit einem beweglichen Rohr 227 verbunden, das an seinem unteren Ende ein Gewinde 227t trägt. Das bewegliche Rohr 227 wird in vertikaler Richtung von einer Kugelbüchse 229 gleitend gehalten und geführt, die ihrerseits in einem kastenartigen Gehäuse 231 sitzt, das an der Tragplatte 197 befestigt ist. Das bewegliche Rohr 227 wird durch einen Keil 233 an einer Drehung gehindert, der an der Tragplatte 197 befestigt ist und in einen Halter 235 eingreift, der am oberen Ende des beweglichen Rohres 227 angeschlossen ist.

Das bewegliche Rohr 227 ist ferner an seinem unteren Ende mit einer Kühlbüchse 237 verbunden, die eine Ringleitung 237b für ein Kühlmittel aufweist und eine Sammellinse 239 lösbar in Stellung hält, die in einer hülsenförmigen Fassung 241 sitzt. Die Kühlbüchse 237 wird ihrerseits von einer Büchse 243 gehalten, die an der Tragplatte 199 der Tragplatte 197 befestigt ist. Sie wird an einer Drehung in der Büchse 243 durch einen Keil 245 gehindert.

Man erkennt hieraus, daß das bewegliche Rohr 227 und die Kühlbüchse 237 gemeinsam in der Kugelbüchse 229 und der Büchse 243 in vertikaler Richtung gehalten sind und sich zusammen mit der Sammellinse 239 bewegen können. Man erkennt auch, daß der vom Laser-Resonator 3 durch das Rohr 223 ausgesandte Laserstrahl LB in der Spiegeleinrichtung 17 reflektiert und dann durch das bewegliche Rohr 227 weitergeleitet und durch die Sammellinse 239 fokussiert wird.

Zum Einstellen des beweglichen Rohres 227 in vertikaler Richtung ist ein Schneckenrad 247 vorgesehen, das in das Gewinde 277t des beweglichen Rohres 227 eingreift und in Lagern 249 drehbar gelagert ist, die in dem an der Tragplatte 197 befestigten, kastenförmigen Gehäuse 231 befestigt sind. Das Schneckenrad 247 steht mit einer Schnecke 251 in Eingriff, die ein Kegelrad 253 trägt und im Gehäuse 231 horizontal drehbar gelagert ist. Mit dem Kegelrad 253 der Schnecke 251 kämmt ein zweites Kegelrad 255, das von einem Motor 257 angetrieben wird, der an dem kastenförmigen Gehäuse 231 mit einer Konsole 259 befestigt ist. Um die vertikale Lage des beweglichen Rohres 227 ablesen zu können, ist auf dem am oberen Ende des beweglichen Rohres 227 befestigten Halter 235 ein Meßanzeigegerät 261 vorgesehen, dessen Spindel 263 in vertikaler Lage an einer Platte 265 angreift, die an dem kastenförmigen Gehäuse 231 befestigt ist. Man erkennt hieraus, daß das bewegliche Rohr 227 zusammen mit der Sammellinse 239 von dem Motor 257 in vertikaler Richtung bewegt werden kann, um die Sammellinse 239 zu fokussieren.

Um den Laserstrahl LB zusammen mit dem Hilfsgas auf das zu bearbeitende Werkstück W zu applizieren, ist eine abnehmbare Düseneinrichtung 267 am unteren Ende des beweglichen Rohres 227 mehr oder weniger auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform befestigt. Die Düseneinrichtung 267 hat eine mit Gewinde 269t versehene Düse 269, die in vertikaler Lage in einer Haltebüchse 271 verschieblich geführt ist und ein hülsenartiges Gehäuse 273 aufweist, das mit ihr zusammen an einem Ring 275 befestigt ist, der mehrere, nach oben herausragende Klemmstifte 277 aufweist, von denen jeder einen Flansch oder Klemmkopf 277f hat. Bei der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist die Gehäusebuchse mit einem Druckmesser 279 zum Messen des Druckes des Hilfsgases versehen, das zusammen mit dem Laserstrahl LB auf das Werkstück W geleitet wird.

Die Haltebüchse 271, welche die Düse trägt, wird in der Gehäusebüchse durch eine Schraubenfeder 281 derart gehalten, daß sie mit mehreren, in Fig. 6 dargestellten Stellschrauben 282 in ihrer horizontalen Lage eingestellt werden kann. Die in der Haltebüchse 271 vertikal verschieblich gehaltene Düse 269 ist so ausgebildet, daß sie in ihrer vertikalen Lage durch eine ringförmige Einstellmutter 285 verstellt werden kann, die auf das Gewinde 269t der Düse 269 aufgeschraubt ist und von einem Haltering 287 gestütz wird, der eine Öffnung 287 aufweist. Die Düse 269 und die Haltebüchse 271 werden an einer Drehung durch Stifte 289 und 291 gehindert, können sich aber in vertikaler Richtung bewegen. Außerdem ist die Düseneinrichtung 267 mit mehreren Laufrollen 293 versehen, die über Wellen oder Verwerfungen des Werkstückes W laufen können. Außerdem hat die Düseneinrichtung 267 eine Tastvorrichtung 295, die die Düseneinrichtung 267 in gleicher Weise schützt wie bei der ersten Ausführungsform, wenn die Tastvorrichtung gegen Hindernisse stößt.

Zur lösbaren Befestigung der Düseneinrichtung 267 am unteren Ende des beweglichen Rohres 227 sind die Klemmstifte 277 der Düseneinrichtung 267 so ausgebildet, daß sie durch vertikal angeordnete Löcher 199h der Kragplatte 199 der Tragplatte 197 nach oben herausragen (Fig. 6, 7 und 8). Aufder Oberseite der Kragplatte 199 ist eine Ringscheibe 297 in horizontaler Lage und um die Büchse 243 derart angeordnet, daß sie auf der Oberfläche der Kragplatte 199 mit einem Hebel 299 gedreht werden kann, der an der Ringscheibe 297 befestigt ist. Die Ringscheibe 297 ist mit gebogenen Löchern 299h versehen, von denen jedes einen erweiterten Teil 299hl aufweist, durch den die Flanschen 297f der Klemmstifte 277 nach oben hindurchtreten können, so daß die Klemmstifte 277 auf der Kragplatte 199 festgeklemmt werden können, wenn der Hebel 299 gedreht wird. Die Ringscheibe 297 ist außerdem mit einem Anschlag 301 versehen, der so angeordnet ist, daß er einen Fühlstift 303, beispielsweise den Fühlstift eines Endschalters, berührt, wenn der Hebel 299 gedreht wird, um die Klemmstifte 277 festzuklemmen. Wie aus den Fig. 6 und 8 hervorgeht, ist der Fühlstift 303 auf der Kragplatte 199 mit einer Konsole 305 befestigt und so angeordnet, daß er ein Sicherheitssignal auslöst, wenn er von dem Aufschlag 301 berührt wird. Man erkennt hieraus, daß die Düseneinrichtung 267 unter der Sammellinse 239 durch Drehen des Hebels 299 und Festklemmen der durch die Löcher 199h der Kragplatte 199 nach oben herausragenden Klemmstifte 277 befestigt und durch Drehen des Hebels 299 wieder von der Kragplatte gelöst werden kann, um die Sammellinse 239 auszuwechseln.

Um die Tragplatte 197 zusammen mit dem beweglichen Rohr 227 anheben zu können, ist ein pneumatischer oder hydraulischer Antrieb 307 vorgesehen (Fig. 7), der einen Kolben und eine Kolbenstange 309 aufweist und ebenso konstruiert ist und funktioniert wie der pneumatische oder hydraulische Antrieb 155 der in Fig. 4 gezeigten ersten Ausführungsform. Der Kolben und die Kolbenstange 309 des pneumatischen oder hydraulischen Antriebes 307 ist an die Kragplatte 199 der Tragplatte 197 mit einer Hülse 311 derart angeschlossen, daß die Tragplatte 197 sich während des Bearbeitungsvorganges bei voll ausgezogenem Kolben und Kolbenstange 309 federnd nachgiebig nach oben bewegen kann. Man erkennt aus Fig. 6, daß an der Tragplatte 197 Stäbe 313a und 313b mit mehreren Anschlägen 312a und 312b befestigt sind und daß zwei Fühleinrichtungen 315a und 315b, wie beispielsweise Endschalter, an den Seitenplatten 185a und 185b angeordnet sind. Die Anschläge 312a und 312b und die Fühlvorrichtungen 315a und 315b sind so ausgebildet, daß sie in ihrer Gesamtheit mehr oder weniger die gleichen Funktionen ausüben wie der Anschlag 167 und die Fühleinrichtungen 171, 173 und 175 der in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsform. Hierdurch wird die Tragplatte 197 von der während der Bearbeitungsvorgänge voll ausgezogenen Kolbenstange 309 des pneumatischen oder hydraulischen Antriebes 307 in ihrer abgesenkten Lage gehalten, so daß sie sich federnd nachgiebig nach oben bewegen können; sie können aber auch durch Einschalten des pneumatischen oder hydraulischen Antriebsmotors 307 ebenso angehoben werden wie bei der ersten Ausführungsform.

Wie aus den Fig. 6, 7 und 9 zu erkennen ist, ist am unteren Ende des Bearbeitungskopfes 15 eine Stellschraube 317 angeordnet, die an ihrem Umfang eine in Axialrichtung verlaufende Nute 317g aufweist und die dazu dient, um die vertikale Lage oder die unterste Grenzstellung der Tragplatte 197 auf die Dicke des zu bearbeitenden Werkstückes W verstellbar einzustellen. Die Stellschraube 317 ist in einem Halter 319 unterhalb der unteren Rahmenplatte 183 drehbar und in vertikaler Richtung verschieblich derart gelagert, daß sie nach oben über die untere Rahmenplatte 183 herausragt und die Unterseite der Tragplatte 197 hält. Um die Tragplatte 197 in vertikaler Richtung zu verstellen, kann die Stellschraube 317 von einem Kegelrad 321 gedreht und in vertikaler Richtung bewegt werden, das mit einem Stift 323 in die axial verlaufende Nute 317g der Stellschraube 317 eingreift. Das Kegelrad 321 kämmt mit einem anderen Kegelrad 325, dessen langgestreckte Welle 327 an ihrem Ende mit einem Drehknopf 329 versehen ist normalerweise mit einer Klemmschraube 331 an einer Drehung gehindert wird. Man erkennt hieraus, daß die vertikale Lage der Tragplatte 197 und des beweglichen Rohres 227 durch Drehen des Drehknopfes 329 von Hand auf die Dicke des Werkstückes W eingestellt werden kann, um die Fokalposition der Sammellinse 239 einzustellen.

Claims (6)

1. Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine mit einem Bearbeitungskopf, der an einem axial beweglichen Rohr eine Sammellinse zum Bündeln und eine Düseneinrichtung für den Austritt des Laserstrahles und/oder eines Gases sowie mindestens eine Stützvorrichtung aufweist, die auf dem Werkstück aufliegt und die Düse stets im gleichen Abstand vom Werkstück hält, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (97) im Inneren des Bearbeitungskopfes verstellbar und hierdurch in ihrem Abstand zum Werkstück (W) einstellbar ist, und daß die Düseneinrichtung (113 bzw. 267) in ihrem Abstand von der Sammellinse (97) einstellbar ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das axial bewegliche Rohr (91) mit der Sammellinse (97) entgegen der Wirkung eines Federelementes (107) in den Bearbeitungskopf (15) einschiebbar ist und einen verstellbaren Anschlag (109) aufweist, der die am weitesten ausgefahrene Stellung des beweglichen Rohres (91) begrenzt.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtungen Stützrollen (131) aufweisen, die in einem mit dem beweglichen Rohr (91) verbundenen Halter (133) drehbar gelagert sind und auf der Oberfläche des Werkstückes (W) entlangrollen.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Rohr (91) mit einem Antrieb (155) zu seiner Axialverstellung axial begrenzt verschieblich gekuppelt ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Rohr (91 bzw. 227) und die hiermit verbundenen Teile (97, 113 bzw. 239, 267) mit einer Gewichtsausgleichsvorrichtung (137a, 141a, 141b, 213a, 213b) versehen sind.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stoßdämpfvorrichtung (219a, 219b) zum Absorbieren der Stöße vorgesehen ist, die durch die Vertikalbewegung der Düseneinrichtung (113, 267) und der hiermit verbundenen Elemente (137, 141a, 141b, 213a, 213b) hervorgerufen werden.