DE4228528A1 - Verfahren und vorrichtung zur metallblechverarbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metall­ blechverarbeitung, beispielsweise ein Verfahren zum Schneiden, Biegen, Ziehen, Schweißen und Modifizie­ ren eines Metallblechs. Außerdem betrifft die Er­ findung eine Vorrichtung zum Verarbeiten von Metallblech.

Bei der herkömmlichen Metallblechverarbeitung er­ folgt das Schneiden einer einfachen Kontur durch einen Metallblechschneider, der eine gerade Linie schneidet, während eine komplizierte Kontur mit Hilfe einer Revolverstanzpresse geschnitten wird, oder indem Spezialstanzen für diesen Zweck herge­ stellt werden oder mit Hilfe einer Maschine ge­ schliffen wird. Das Biegen von Metallblech erfolgt durch eine Metallblech-Biegevorrichtung mit Hilfe verschiedener Standardformen oder mit Hilfe von Spezialformen. Das Ziehen von Metallblech erfolgt mittels einer Presse mit einer Ziehmachine, die mit Spezialformen bestückt ist. Das Schweißen von Metallblech erfolgt durch eine Metallblech-Schweiß­ vorrichtung, die von einer Bedienungsperson oder einem Robotor betätigt wird. Das Modifizieren von Metallblechmaterial, beispielsweise eine Warmbe­ handlung, erfolgt praktisch nur in Ausnahmefällen.

Dadurch, daß bei dem herkömmlichen Schneiden, Bie­ gen und Ziehen von Metallblech für komplizierte Konturen Spezialformen verwendet werden, ergibt sich das Problem, daß bezüglich der Gestalt der Werkstücke nur wenig Gestaltungsfreiheit besteht. Das aggregatmäßige Zusammenfassen einiger oder sämtlicher einer Reihe von Bearbeitungsschritten von Metallblechteilen zu einer einzigen Vorrichtung ist praktisch ein Äquivalent zu der bloßen Aneinan­ derreihung von Maschinen, so daß trotz einer ver­ ringerten Verarbeitungszeit oder einer gewissen Automatisierung die dadurch erreichten Kostenvor­ teile und der Vorteil eines geringeren Platzbedarfs für die gesamte Anlage beschränkt sind. In anderen Worten: das Problem besteht in der Schwierigkeit, eine Metallblechverarbeitungsvorrichtung zur Verfü­ gung zu stellen, die verschiedene Arten der Metallblechverarbeitung durchzuführen vermag, relativ kostengünstig ist und klein bemessen ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Metallblechverarbeitung anzugeben, bei dem die Gestaltungsfreiheit hinsichtlich Länge, Biegewinkel oder Ziehform vergrößert ist, ohne daß dabei eine Spezialform verwendet werden muß. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Metallblechverarbeitung ange­ geben werden, die verschiedene Arten der Metall­ blechverarbeitung bei relativ geringen Kosten und geringer Baugröße durchzuführen vermag.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Patent­ ansprüchen angegebene Erfindung. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung schafft die Erfindung ein Metallblechverarbeitungsverfahren, welches folgende Schritte umfaßt: Ein zu verformender Metallblech- Abschnitt wird mittels Laserstrahl bestrahlt, wel­ cher mit hoher Geschwindigkeit den zu verformenden Abschnitt abtastet, um ihn zu erwärmen, und auf den zu verformenden Abschnitt wird eine Kraft aufge­ bracht, um das Metallblech zu verarbeiten.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Laserbearbeitungsanlage, die folgende Merkmale aufweist: einen Laseroszillator; eine Laserstrahl­ leiteinheit zum Leiten eines von dem Laseroszilla­ tor ausgegebenen Laserstrahls, um diesen nach Bedarf mittels beispielsweise einer Linse zu kon­ vergieren; eine Abtasteinrichtung zum abtastenden Bewegen des Laserstrahls mit hoher Geschwindigkeit entlang einer Geraden oder einer wählbaren Kontur; eine Verformungseinrichtung zum Aufbringen einer Kraft auf ein Metallblech-Werkstück, um dieses mit dem Laserstrahl durch Abastung bei hoher Geschwin­ digkeit bestrahlte Werkstück zu verformen; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der vorgenannten Einrichtungen nach Maßgabe verschiedener für das Metallblech vorab eingestellter Bearbeitungsbedin­ gungen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Metallblechverarbeitung mit folgenden Merkmalen geschaffen: ein mit hoher Geschwindigkeit abtastend bewegter Laserstrahl wird auf eine wähl­ bare gerade Linie auf einer Metallblechstückebene aufgestrahlt, um den Abschnitt entlang der geraden Linie zu erwärmen, und auf die gerade Linie wird eine Biegekraft aufgebracht, um das Metallblech­ stück zu biegen, wenn der Abschnitt entlang der geraden Linie eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Das Biegen erfolgt sequentiell auf etwa paral­ lel zueinander in vorbestimmten Abständen liegenden geraden Linien innerhalb der zu verformenden Ab­ schnitte des Metallblechs, wodurch das Metallblech zu einer gekrümmten Fläche gebogen wird, deren Querschnitt im wesentlichen durchgehend und glatt ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Metallblechverarbeitungsverfahren geschaffen, bei dem mit Hilfe eines Laserstrahls ein Metallblech­ stück einer Warmbehandlung ausgesetzt wird. Die Warmbehandlung erfolgt folgendermaßen: Ein Laser­ strahl mit vorbestimmtem Strahldurchmesser wird mit einer derartigen Geschwindigkeit aufgestrahlt, daß der bestrahlte Abschnitt des Metallblechs eine vor­ bestimmte Temperatur annimmt; es werden sequentiell die einer Warmbehandlung zu unterziehenden Ab­ schnitte des Metallblechs erwärmt. Bei einem Ver­ fahren wird der der Warmbehandlung zu unterziehende Abschnitt des Metallblechs erwärmt, indem ein ab­ tastend bewegter Laserstrahl solange aufgestrahlt wird, bis die Temperatur des bestrahlten Abschnitts des Metallblechteils auf eine vorbestimmte Tempera­ tur angehoben ist; oder es wird von einem Verfahren Gebrauch gemacht, bei dem der Bearbeitungsprozeß des Metallblechs aus mehreren Prozessen besteht: Prozessen für solche zu verformenden Abschnitte, die um eine geringe Distanz voneinander getrennt sind, werden derart ausgewählt, daß zwischen den Prozessen keine gegenseitige thermische Beeinflus­ sung entsteht; oder aber die aus dem einen Prozeß resultierende Wärme wird durch Kühlung beseitigt, bevor der nächste Prozeß durchgeführt wird, wobei das Abkühlen in einem derartigen Ausmaß erfolgt, daß keine gegenseitige thermische Beeinflussung erfolgt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Prinzips des erfindungsgemäßen Metallblechverar­ beitungsverfahrens;

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Prinzips des erfindungsgemäßen Metallblechverar­ beitungsverfahrens;

Fig. 3 eine Skizze eines Beispiels zur Bearbei­ tung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Metallblechverarbeitungsvorrichtung;

Fig. 4 eine Skizze eines zweiten Beispiels für die Bearbeitung mit Hilfe der erfindungs­ gemäßen Metallblechverarbeitungsvorrich­ tung;

Fig. 5 eine Skizze eines dritten Beispiels für die Bearbeitung mit Hilfe der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur Metallblechverar­ beitung;

Fig. 6 ein viertes Beispiel für die Bearbeitung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zur Metallblechverarbeitung;

Fig. 7 eine fünftes Beispiel für die Bearbeitung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zur Metallblechverarbeitung;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Bei­ spiels der erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Metallblechverarbeitung;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Bei­ spiels der Hauptteile der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zur Metallblechverar­ beitung;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines weite­ ren Beispiels für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Metallblechverarbeitung;

Fig. 11 eine Ansicht eines sechsten Beispiels für die Bearbeitung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Metallblechverarbeitung;

Fig. 12 ein siebtes Beispiel für die Bearbeitung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 13 ein Flußdiagramm eines ersten Beispiels für den Biegevorgang gemäß dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren zur Metallblech­ verarbeitung;

Fig. 14 eine Ansicht eines ersten Beispiels eines Biegeprozesses gemäß dem erfindungs­ gemäßen Verfahren zur Metallblechverar­ beitung;

Fig. 15 eine Ansicht eines zweiten Beispiels für die Biegeprozedur gemäß dem erfindungsge­ mäßen Verfahren;

Fig. 16 eine Ansicht eines dritten Beispiels der Biegeprozedur gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 17 eine Ansicht eines vierten Beispiels der Biegeprozedur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Metallblechverarbeitung;

Fig. 18 eine vergrößerte Ansicht des eingekrei­ sten Ausschnitts Q in Fig. 17;

Fig. 19 eine Ansicht eines fünften Beispiels der Biegeprozedur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Metallblechverarbeitung;

Fig. 20 eine Ansicht eines sechsten Beispiels für die Biegeprozedur gemäß dem erfindungsge­ mäßen Verfahren;

Fig. 21 eine Flußdiagramm, welches ein zweites Beispiel für eine Biegeprozedur gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Metall­ blechverarbeitung darstellt;

Fig. 22 eine Ansicht eines Beispiels für die Vorbearbeitung eines Werkstücks für einen Biegevorgang, der in Fig. 23 gezeigt ist;

Fig. 23 eine Ansicht eines siebten Beispiels für einen Biegeprozeß nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren zur Metallblechverarbei­ tung;

Fig. 24 ein Flußdiagramm eines Beispiels eines Ziehverfahrens gemäß dem erfindungs­ gemäßen Verfahren zur Metallblechverar­ beitung;

Fig. 25A bis 25C Ansichten eines ersten Beispiels eines Ziehverfahrens gemäß dem erfin­ dungsgemäßen Metallblechverarbeitungsver­ fahren;

Fig. 26 eine perspektivische Ansicht eines weite­ ren Beispiels des Werkstück-Fixierab­ schnitts der in Fig. 8 gezeigten Vorrich­ tung zur Metallblechverarbeitung;

Fig. 27 ein Flußdiagramm eines Beispiels des Warmbehandlungsverfahrens gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Metall­ blechverarbeitung;

Fig. 28A bis 28D ein Beispiel des Laserstrahl­ Abtastverfahrens gemäß dem erfindungs­ gemäßen Metallblechverarbeitungsverfah­ ren;

Fig. 29 ein Blockdiagramm eines ersten Beispiels einer Laserleistungssteuerung für das erfindungsgemäße Metallblechverarbei­ tungsverfahren;

Fig. 30 ein Blockdiagramm eines zweiten Beispiels einer Laserleistungssteuerung für das erfindungsgemäße Verfahren zur Metall­ blechverarbeitung;

Fig. 31 eine Blockdiagramm eines Beispiels einer Metallblechverarbeitungsanlage, die auf einem Verformungsprogramm gemäß der Er­ findung beruht; und

Fig. 32 ein Flußdiagramm eines Beispiels der Bearbeitungsprozedur mit Hilfe verschie­ dener erfindungsgemäßer Metallblechverar­ beitungsverfahren.

Zunächst soll das Grundprinzip einer Metallblech- Verarbeitung mit Hilfe eines Lasers beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwi­ schen der Zugfestigkeit P/S und einer Dehnung Δ1/1 eines Stahls. Die Zone zwischen dem Ursprung 0 und einem Punkt X1 wird als Elastizitätsbereich be­ zeichnet, in welchem das Material seine ursprüng­ liche Form wieder annimmt, nachdem die Zuglast auf Null zurückgegangen ist. Die Zone von dem Punkt X1 bis zu den Punkten X2 und X3 ist die Plastizitäts- Zone, in der das Material nach Reduzieren der Zuglast auf den Wert Null nicht vollständig in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Der Punkt X1 wird als Elastizitätsgrenze bezeichnet; die Zuglast H an dieser Stelle weist die in Fig. 2 skizzierte Temperaturabhängigkeit auf. Wenn also ein Metall­ blechstück ABDFEC gemäß Fig. 3 entlang dem Linien­ abschnitt CD gebogen werden soll, wird der Linien­ abschnitt CD mit einem Laserstrahl bestrahlt, der mit hoher Geschwindigkeit abtastend bewegt wird, um den Abschnitt entlang dem Liniensegment C bei­ spielsweise bis auf etwa 800°C zu erwärmen. Durch Aufbringen einer Kraft in Pfeilrichtung an dem Ende AB bei fixierter Ebene CDEF wird das Stahl­ blech mühelos um das Liniensegment CD herum gebo­ gen, da die Elastizitätsgrenze für den Abschnitt des Liniensegments CD nur 1/10 oder weniger von derjenigen der anderen Abschnitte beträgt. Weiter­ hin ist gemäß Fig. 4 eine Biegeverarbeitung einer praktisch glatt gekrümmten Fläche ebenfalls möglich, indem der Abschnitt zwischen den Endabschnit­ ten G und H eines Metallblechstücks ABFE in ge­ eigneten Abständen mit einem bei hoher Geschwindig­ keit bewegten Laserstrahl bestrahlt wird. Durch intermittierendes Schneiden oder Schaffen einer Nut entlang einem Teil oder der Gesamtheit des zu bie­ genden Abschnitts läßt sich der anschließende Bie­ gevorgang erleichtern. Weiterhin kann gemäß Fig. 5 der Umfang IJKL auf dem Metallblechstück ABFE mit einem bei hoher Geschwindigkeit abtastend bewegten Laserstrahl bestrahlt werden. Dann kann der Ab­ schnitt der Scheibe IJKL durch Aufbringen einer Kraft in Pfeilrichtung auf die Scheibe IJKL konvex ausgeformt werden, wenn eine geeignete Temperatur an dem Abschnitt am Umfang IJKL erreicht ist. Wei­ terhin kann gemäß Fig. 6 und 7 dann, wenn der Bereich innerhalb der Scheibe IJKL in geeigneten Intervallen mit einem bei hoher Geschwindigkeit bewegten Laserstrahl bestrahlt wird, der Ziehvor­ gang auch zu einer abgestuften oder gekrümmten Fläche führen.

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Bei­ spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Metallblechverarbeitung. In dieser Vorrichtung wird von einem Laserstrahloszillator 13 ein Laserstrahl L1 geliefert, der in eine Photo-Wandlereinrichtung 4 eingeleitet wird. Der Laserstrahl wird mit einer Laserstrahl-Leiteinrichtung, die sich innerhalb der Wandlereinrichtung 4 befindet, auf einen geeigneten Punkt konvergiert, und der konvergierte Laserstrahl L2 wird von einer sich innerhalb der Wandlerein­ richtung 4 befindenden Abtasteinrichtung abtastend bewegt, so daß eine wahlweise Kontur entsteht, beispielsweise eine oder mehrere gerade Linien, kreisförmige Bögen, oder Rechtecke. Im vorliegenden Beispiel wird der Laserstrahl L2 von der Wandler­ einrichtung 4 konvergiert und tastet eine gerade Linie zwischen einem Punkt C und einem Punkt D auf einem als Werkstück fungierenden Metallblechstück 2 ab.

Das Metallblechstück 2 befindet sich auf einem Tisch 1, der in X- und in Y-Richtung mit Hilfe eines Servo-Motors 6 für die X-Richtung und eines Servomotors 7 für die Y-Richtung bewegt und posi­ tioniert werden kann. Ein Ende des Metallblech­ stücks 2 wird von einer Werkstück-Fixiereinrichtung 11 ergriffen, die sich auf dem Tisch 1 befindet, während des andere Ende des Werkstücks von einer Werkstück-Fixiereinrichtung 10 ergriffen wird, die sich an dem freien Ende eines gelenkigen Roboters 9 befindet. Die Steuerung des Laseroszillators 3, der Wandlereinrichtung 4, des Tisches 1 und des gelen­ kigen Roboters 9 erfolgt durch die Steuereinheit 5, und die Steuerung der verschiedenen Arten von Metallblechverarbeitungen erfolgt nach Maßgabe der erfaßten Temperatur des zu bearbeitenden Ab­ schnitts, wie sie von einem Temperaturdetektor 8 festgestellt wird.

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die die Einzelheiten der optischen Wandlereinrichtung 4 der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung zur Metallblechver­ arbeitung veranschaulicht. Der Laserstrahl L1 durchläuft eine Abtasteinheit 23, die in zwei axialen Richtungen α und β frei beweglich ist, wobei der Laserstrahl über eine Fokussierlinse 20 geleitet wird, um die Konvergenz des Lichts entlang dem Verarbeitungs-Liniensegment CD einzustellen. Der Laserstrahl gelangt über eine konvergierende Linse 21 auf das Verarbeitungs-Liniensegment CD des Metallblechstücks 2. Die Fokussierlinse 20 wird in ihrem Brennpunkt justiert, indem sie entlang der Richtung S von einem Brennpunkt-Einstellservomotor 22 gesteuert wird. Es ist ebenfalls möglich, eine Einrichtung zum Bewegen der konvergierenden Linse 21 im optischen Weg vorzusehen als Mittel zum Ein­ stellen der Konvergenz des Laserstrahls L2 im Arbeitspunkt. Ferner können Mittel vorgesehen sein, mit dem sowohl die Fokussierlinse 20 als auch die konvergierende Linse 21 bedient werden.

Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer Vorrichtung zur Metall­ blechverarbeitung gemäß der Erfindung. Der Tisch 1 ist fixiert, wohingegen die optische Wandlerein­ richtung 4 in ihrer Lage innerhalb des Bearbei­ tungsraums mit Hilfe eines flexiblen Kabels 12 und eines gelenkigen Roboters 13 einstellbar ist. Damit läßt sich die Gestaltungsfreiheit bei der Metall­ blechverarbeitung stark erhöhen, bedingt durch den Umstand, daß die Richtung des Laserstrahls L2 gesteuert werden kann.

Während bei den oben beschriebenen Ausführungsfor­ men ein Temperaturdetektor 8 dazu verwendet wird, den Metallblechverarbeitungsprozeß zu steuern, ist es ebenfalls möglich, die Reaktionskraft des Metallblechstücks 2 vor dem Erwärmen vorab zu mes­ sen und zu speichern, dann den Laserstrahl L2 über das Werkstück zu führen, so daß die Metallblechver­ arbeitung erfolgt, während die Leistung des Laser­ strahls L2 derart gesteuert wird, daß die Reak­ tionskraft des Werkstücks auf einem konstanten Wert gehalten wird, wobei die Reaktionskraft des Metallblechstücks 2 beispielsweise 1/3 des gespei­ cherten Anfangswerts der Reaktionskraft beträgt. Weiterhin kann die Metallblechverarbeitung auch derart erfolgen, daß die abgeschätzten Reaktions­ kräfte des Metallblechstücks 2 bei Zimmertemperatur und in erwärmtem Zustand vorab durch Ausrechnen nach Maßgabe der Form des Werkstücks erhalten wer­ den, um mit den aktuell gemessenen Reaktionskräften verglichen zu werden, damit festgestellt wird, ob sich das Werkstück in einem biegefähigen Zustand befindet, und ob die Leistung des Laserstrahls den richtigen Wert hat. Andererseits ist die Wärmeab­ sorptionsgeschwindigkeit des Werkstücks wichtig für die Bestimmung der Verarbeitungseffizienz bei der Laserbearbeitung. Um zu verhindern, daß der Laser­ strahl L2 durch die Oberfläche des Werkstücks re­ flektiert wird, kann die Werkstück-Fixiereinrich­ tung 10 des gelenkigen Roboters 9 beispielsweise ersetzt werden durch eine Aufbringvorrichtung für ein sprühfähiges wärmeabsorbierendes Mittel, damit dieses wärmeabsorbierende Mittel auf den zu bear­ beitenden Abschnitt des Werkstücks aufgebracht wird.

In einigen Fällen ergibt sich ein Problem durch die relative Rauheit der Schweißfläche oder den soge­ nannten Grat der Schnittfläche des Metallblech­ stücks 2. Mithin kann die Werkstück-Fixiereinrich­ tung 10 des gelenkigen Roboters 9 ersetzt werden durch eine Schleifvorrichtung, die die Schweiß­ fläche oder die Schnittfläche des Metallblechstücks 2 für die Endbearbeitung schleift.

Im folgenden soll ein aktuelles Beispiel für die Metallblechverarbeitung mittels Laser beschrieben werden. Zunächst wird ein Metallblechstück mit der in Fig. 11 dargestellten Kontur aus einem Blechma­ terial geschnitten, wozu ein Metallblech-Schneid­ verfahren mittels Laserstrahl verwendet wird. Dann wird ein Liniensegment H3H4 mit einem Laserstrahl, der mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird, be­ strahlt. Wenn aufgrund der Temperaturzunahme des mit dem Laserstrahl bestrahlten Bereichs dessen Elastizitätsgrenze absinkt, wird von dem gelenki­ gen Roboter auf den mit dem Laserstrahl bestrahlten Abschnitt eine Biegekraft aufgebracht, bis eine Biegung von 90° erfolgt ist. In ähnlicher Weise erfolgt eine Biegung um 90° auch an den Linienseg­ menten H3H5, H5H6, H4H6, um die in Fig. 12 darge­ stellte Gestalt zu erhalten. Die Liniensegmente H1H3 und H9H3, die in dem Raum zusammenfallen, werden dann zum Zwecke der Schweißung mit dem Laserstrahl bestrahlt. Auf ähnliche Weise erfolgt das Schweißen entlang den Liniensegmenten H2H4 und H11H4, H12H6 und H8H6, H7H5 und H10H5, um eine Kastenform zu erhalten, deren endgültige Gestalt in Fig. 12 gezeigt ist. Außerdem wird die Rauheit der Schweißung mit einem von den gelenkigen Robotern 9 gehaltenen Schleifwerkzeug zur Endbearbeitung weg­ geschliffen. Ferner erfolgt mit Hilfe des Lasers ein Vergüten, um die Festigkeit des Kastens zu verbessern. Dies geschieht in einem geeigneten Verarbeitungsschritt innerhalb der oben erläuterten Verarbeitungsschritte. Damit lassen sich mit Hilfe einer einzigen Vorrichtung zur Metallblechverarbei­ tung die verschiedenen Metallverarbeitungsvorgänge wie Schneiden, Biegen und Schweißen des Metall­ blechs sowie das End-Schleifen und Vergüten der Schweißung erreichen.

Wie erläutert wurde, geschehen gemäß dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Metallblechverarbeitung das Biegen oder Ziehen eines Metallblechstücks mit Hilfe eines auf einem einfachen Grundprinzip basierenden Metallblechver­ arbeitungsverfahrens, während im Stand der Technik viele Typen von Spezialformen verwendet werden mußten. Die einen hohen Grad an Bewegungsfreiheit und Gestaltungsfreiheit ermöglichende Metallblech­ verarbeitung kann auf einfache Weise erreicht wer­ den, so daß eine Verarbeitung wie das Schneiden, das Schweißen, die Warmbehandlung und das Biegen mit Hilfe einer einzigen Maschine zur Metallblech­ verarbeitung möglich sind. Deshalb besteht die Möglichkeit, die Gesamtkosten herabzusetzen und die Vorrichtung zur Metallverarbeitung klein zu dimen­ sionieren. Ferner wird eine Kostenverringerung bei der eigentlichen Metallblechverarbeitung erreicht.

Im folgenden werden verschiedene Verfahren zur Metallblechverarbeitung erläutert, die mit Hilfe der oben beschriebenen Metallblechverarbeitungs- Vorrichtung durchgeführt werden. Zunächst soll ein Metallblechverarbeitungsverfahren zum Biegen eines Metallblechstücks mit Hilfe eines Lasers gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf das in Fig. 13 ge­ zeigte Flußdiagramm erläutert werden. Hinsichtlich der Bearbeitungsbedingungen sei angenommen, daß das in Fig. 14 dargestellte Metallblechstück ABFE zu einer Form zu bearbeiten ist, die einem kreisförmi­ gen Bogen von 90° mit einem Radius Rω entspricht, wie es in Fig. 15 gezeigt ist. Diese Form soll durch sechsmaliges Biegen mit Hilfe der in Fig. 8 gezeigten Metallblechverarbeitungs-Vorrichtung erreicht werden. Zunächst wird eine Metallblech­ stück-Kante EF des Metallblechstück-Werstücks ABEF ergriffen und von der Werkstück-Fixiereinrichtung 11 fixiert (Schritt S1). Dann wird ein erster Pro­ zeß gestartet als Verarbeitungsschritt mit der Nr. n=1 (Schritt S2). Um das Biegen an einem Linienseg­ ment CnDn durchzuführen, wird durch Berechnung auf der Grundlage der Information bezüglich der Gestalt des Blechstücks und der Information über die end­ gültige Form des Blechstücks die Lage des Linien­ segments CnDn ermittelt (Schritt S3). Der Tisch 1 wird zu der Position bewegt, in der das Linienseg­ ment CnDn von dem Laserstrahl L2 bestrahlt werden kann. Das Liniensegment CnDn wird mit dem Laser­ strahl L2 bestrahlt, der mit Hilfe der optischen Wandlereinrichtung 4 abtastend bewegt wird. Während die Temperatur an dem Liniensegment CnDn von dem Temperaturdetektor 8 gemessen wird, wird die Lei­ stung des Laserstrahls L1 durch den Laseroszillator 3 derart gesteuert, daß eine vorbestimmte Tempera­ tur an dem Liniensegment CnDn erreicht wird (Schritt S4). Dann ermittelt die Steuereinheit 5, ob die Temperatur an dem Liniensegment CnDn auf die vorbestimmte Temperatur angestiegen ist (Schritt S5), und falls die vorbestimmte Temperatur noch nicht erreicht ist, geht das System zum Schritt S4 zurück, und die Bestrahlung wird fortgesetzt, bis die vorbestimmte Temperatur erreicht ist.

Wenn im Schritt S5 die vorbestimmte Temperatur erreicht ist, wird die Kante Ab des Metallblech­ stücks von der Werkstück-Fixiereinrichtung 10 ergriffen, deren Position von dem gelenkigen Robo­ ter 9 gesteuert werden kann. Durch Berechnung wird der Weg von der derzeitigen Lage der Blechstück­ kante AB zu der Lage der Blechstückkante AB nach dem Biegen um 15° an dem Liniensegment CnDn ermit­ telt. Die Kante AB des Metallblechstücks wird in Pfeilrichtung P nach Maßgabe des so ermittelten Wegs bewegt, um eine Biegung um 15° entlang dem Liniensegment CnDn zu erhalten (Schritt S6). Als nächstes wird der Verarbeitungsschritt "n" um "1" erhöht (Schritt S7), und es wird ermittelt, ob sämtliche Prozesse abgeschlossen sind (n=7) (Schritt S8). Wenn die Schritte noch nicht abge­ schlossen sind, erfolgt der nächste Verarbeitungs­ schritt "n" (Schritt S3 bis S7) in ähnlicher Weise. Wenn der sechste Verarbeitungsschritt des Linien­ segments C6D6 abgeschlossen ist, wird im Schritt S7 "n=7" erreicht, wodurch die Metallblechverarbeitung abgeschlossen wird und schließlich eine gekrümmte Oberflächenbearbeitung mit der in Fig. 15 gezeigten Form abgeschlossen ist. Fig. 16 zeigt ein Beispiel für einen Fall, bei dem der oben beschriebene Bie­ geprozeß wiederholt wird, jedoch noch kleinere Intervalle zwischen den einzelnen Liniensegmenten gewählt werden, so daß die Ausbildung einer im wesentlichen durchgehenden und glatten gekrümmten Oberfläche möglich ist.

Weiterhin läßt sich der Durchmesser des Laser­ strahls, der auf das Liniensegment CD des Metall­ blechstücks ABEF aufgestrahlt wird, auf einen ge­ eigneten Durchmesser R1 gemäß Fig. 17 einstellen, und das Biegen kann erfolgen, indem der zu erwär­ mende Abschnitt auf dem Liniensegment CD mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, der mit einer Breite über das Material geführt wird, die durch einen schraffierten Abschnitt angedeutet ist. Wie aus der vergrößerten Ansicht nach Fig. 18 hervorgeht, die die Einzelheit Q in Fig. 17 zeigt, ist die Bearbei­ tung zu einer gebogenen Form eines Biegeabschnitts RS möglich, welche im wesentlichen einem kreisför­ migen Bogen entspricht.

Durch Wiederholen des oben erläuterten Bearbei­ tungsverfahrens für Liniensegmente, deren Abstand von dem Liniensegment CD größer ist als der Durch­ messer des aufgestrahlten Laserdurchmessers, ist die Bearbeitung zu einer Form möglich, bei der kreisförmige Bögen und gerade Linienabschnitte einander abwechseln, wie es gemäß Fig. 14 der Fall ist bei einem kreisförmigen Bogenabschnitt RS, einem geraden Linienabschnitt ST und einem daran anschließenden kreisförmigen Bogenabschnitt TU. Durch Wiederholen des Vorgangs mit Intervallen gleich oder kleiner als der Laserstrahl-Durchmesser ist die Bearbeitung zu einer Form möglich, bei der ein durchgehender kreisförmiger Bogen entsteht, wie er in Fig. 20 dargestellt ist. Wenn die Ausbildung der gekrümmten Fläche in der oben beschriebenen Weise erfolgt, laufen die Anforderungen an die Präzision der fertigen Werkstückform und die Glatt­ heit der bearbeiteten Oberfläche den Erfordernissen der raschen Verarbeitungszeit zuwider. In der Praxis ist es notwendig, die Breite des Laser­ strahls und das Intervall, in welchem die Verfor­ mung durchgeführt wird, nach Maßgabe der erforder­ lichen Präzision und Glattheit auszuwählen.

Als nächstes soll ein Beispiel für ein weiteres Verfahren der Biegebearbeitung unter Bezugnahme auf das in Fig. 21 gezeigte Flußdiagramm erläutert werden. Es sei angenommen, die Arbeitsbedingungen für ein in Fig. 22 gezeigtes Metallblechstück ABFE erforderten die Ausbildung zu einer Form, wie sie in Fig. 23 gezeigt ist, wobei die in Fig. 8 gezeig­ te Vorrichtung zur Metallblechverarbeitung verwen­ det werden soll. Zunächst wird die Kante EF des in Fig. 22 dargestellten Werkstücks ergriffen und von der Werkstück-Fixiereinrichtung 11 fixiert (Schritt 21). Als nächstes wird der Tisch in eine Position bewegt, in der das Liniensegment CD mit dem Laser­ strahl L2 bestrahlt werden kann. Der Laserstrahl L2 wird mit einer Leistung (beispielsweise 1/3 der Leistung zum Schneiden mit dem Laserstrahl) mit einer solchen Geschwindigkeit des Laserstrahls L2 aufgestrahlt, daß eine Nut entlang dem Linienseg­ ment CD gebildet wird. Dieser Vorgang zur Bildung der Nut gemäß Fig. 22 stellt einen Vorbehandlungs­ prozeß dar (Schritt S22).

Als nächstes wird von einer Bedienungsperson oder von dem gelenkigen Roboter 9 das Metallblech-Werk­ stück gewendet, und erneut wird eine Kante FE von der Werkstück-Fixiereinrichtung 11 ergriffen und fixiert (Schritt S23). Das Liniensegment CD wird mit dem Laserstrahl L2 bestrahlt, und die Tempera­ tur am Liniensegment wird auf eine für das Biegen geeignete, vorbestimmte Temperatur angehoben (Schritte S24 und S25). Nach dem Erreichen einer vorbestimmten Temperatur wird die Kante AB von der Werkstück-Fixiereinrichtung 10 ergriffen, welche von dem gelenkigen Roboter 9 gesteuert in eine gewünschte Position bringbar ist, und der Weg von der derzeitigen Lage der Kante AB des Metallblech­ stücks zu der Position der Kante AB nach dem Biegen um 90° an dem Liniensegment CD wird durch Berechnen ermittelt. Die Kante AB des Metallblechstücks wird in Pfeilrichtung gemäß dem errechneten Weg bewegt und um das Liniensegment CD herum um 90° gebogen (Schritt S26), um das Biegen in die in Fig. 23 gezeigte Form zu erreichen.

Die Nutbildung dient zum Erleichtern des Biegevor­ gangs. Sie kann auf der Vorderseite und der Rück­ seite oder aber lediglich auf einer Seite des Metallblechstücks erfolgen. Die Auswahl unter den genannten Möglichkeiten erfolgt auf der Grundlage der späteren Verwendung des Werkstücks und der erforderlichen Genauigkeit bei der Bildung des abgewinkelten Abschnitts.

Als nächstes soll anhand des in Fig. 24 dargestell­ ten Flußdiagramms das erfindungsgemäße Verfahren zur Metallblechverarbeitung anhand des Ziehens eines Metallblechstücks mit Hilfe eines Laser­ strahls erläutert werden. Es sei angenommen, mit Hilfe der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung zur Metallblechverarbeitung solle ein Metallblechstück ABFE gemäß Fig. 25A durch sechsmaliges Ziehen mit Hilfe eines Laserstrahls 2 eines Strahldurchmessers Rl in die in Fig. 6 skizzierte Form gebracht wer­ den. Hier sind die Werkstück-Fixierabschnitte in der Metallblechverarbeitungsvorrichtung nach Fig. 8 etwas anders von den zuvor beschriebenen Teile. In Fig. 26 sind Werkstück-Fixiereinrichtungen 11-1, 11-2, 11-3 und 11-4 dargestellt, die an dem Tisch 1 angebracht sind, um eine Kante ABFE eines in Fig. 25A dargestellten Metallblechstücks zu fixie­ ren (Schritt S11). Als nächstes wird durch Einstel­ len der Schrittfolge n=1 ein erster Prozeß gestar­ tet (Schritt S12).

Die Lage des kreisförmigen Abschnitts in in Fig. 6 wird erhalten durch Berechnung auf der Grundlage der Information bezüglich des Metallblechmaterials und der Endform des Metallblechstücks (Schritt S13). Der Tisch 1 wird in eine Position bewegt, in der der kreisförmige Abschnitt in mit dem Laser­ strahl L2 bestrahlt werden kann. Der Strahldurch­ messer des Laserstrahls L2 wird mit Hilfe der Pho­ to-Wandlereinrichtung 4 auf "R1" eingestellt, und der Laserstrahl wird auf dem kreisförmigen Ab­ schnitt in in der in Fig. 25A dargestellten Weise aufgestrahlt, wobei der Laserstrahl eine abtastende Bewegung vollzieht. Die Leistung des Laserstrahls L1 wird von dem Laseroszillator 3 gesteuert, wäh­ rend die Temperatur des kreisförmigen Abschnitts in durch den Temperaturdetektor 8 gemessen wird, um eine vorbestimmte Temperatur an dem kreisförmigen Abschnitt in zu erreichen (Schritt S14). Dann wird von der Steuereinheit 5 beurteilt, ob die Tempera­ tur am kreisförmigen Abschnitt in auf die vorbe­ stimmte Temperatur angestiegen ist (Schritt S15). Falls nein, kehrt das System zum Schritt S14 zu­ rück, bei dem die Bestrahlung fortgesetzt wird, bis die vorbestimmte Temperatur erreicht ist.

Wenn im Schritt S15 die vorbestimmte Temperatur erreicht worden ist, wird von dem gelenkigen Robo­ ter 9 die in Fig. 26 dargestellte Ziehlehre MP ergriffen, und durch Berechnung wird der Weg von der derzeitigen Lage des Scheitels M zu der Lage des Scheitels M nach dem ersten Bearbeitungsprozeß ermittelt. Durch Pressen der Ziehlehre MP, die sich entlang dem berechneten Weg bewegt, wird eine nach oben gerichtete Kraft (eine in Richtung des Pfeils P gerichtete Kraft) auf den Scheitel M aufgebracht, um den Ziehvorgang für den kreisförmigen Abschnitt In durchzuführen (Schritt S16). Wenn dieser erste Bearbeitungsprozeß abgeschlossen ist, weist der kreisförmige Abschnitt in die konvexe Form auf, die in Fig. 25B gezeigt ist. Der Querschnitt entlang der gestrichelten Linie VW in Fig. 25B ist in Fig. 25C dargestellt.

Als nächstes wird die Schrittzahl der Verarbeitung n um "1" erhöht (Schritt 17). Es wird beurteilt, ob sämtliche Prozesse abgeschlossen sind (n=7) (Schritt 18). Falls die Prozesse noch nicht abge­ schlossen sind, erfolgt der Bearbeitungsprozeß "n" (Schritte S13 bis S17) in ähnlicher Weise. Wenn der sechste Bearbeitungsprozeß für den kreisförmigen Abschnitt 16 abgeschlossen ist, wird n=7 im Schritt S18 erreicht, wodurch sämtliche Bearbeitungsschrit­ te abgeschlossen werden. Durch die Bearbeitungs­ schritte wurde eine durchgehend konvexe Form gemäß Fig. 6 gefertigt.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die oben beschriebe­ nen Ziehprozesse, wenn diese in feinen Intervallen durchgeführt werden, die ungefährt gleich oder kleiner sind als die Breite des Laserstrahls L2, d. h., eine Ausdehnung besitzen, gemäß der der von dem Laserstrahl L2 bestrahlte Abschnitt eines vor­ ausgehenden Prozesses und der von dem Laserstrahl L2 bestrahlte Abschnitt des nächsten Prozesses einander überlappen. In diesem Fall ist die Ausbil­ dung einer konvexen Form möglich, die praktisch kontinuierlich und glatt ist. Während anhand der Fig. 6 und 7 das Ziehen von Formen mit kugelförmi­ ger Gestalt erläutert ist, können auch kastenförmi­ ge oder pyramidenförmige Teile in ähnlicher Weise geformt werden. Die mit einem abtastenden Laser­ strahl bestrahlten Linien sind nicht auf geschlos­ sene Linien, die auf der Werkstückform durchgängig sind, beschränkt. Die Bearbeitung ist auch für solche Formen möglich, bei denen ein Teil der zu ziehenden Form fehlt.

Als nächstes soll anhand des in Fig. 27 gezeigten Flußdiagramms ein Warmbehandlungsverfahren mit Hilfe eines Laserstrahls entsprechend dem erfin­ dungsgemäßen Metallblechverarbeitungsverfahren beschrieben werden.

Zunächst verwendet die Bedienungsperson die Metallblechverarbeitungs-Vorrichtung nach Fig. 8 zur Eingabe der Information über den hinsichtlich Festigkeit zu vergütenden Teil des Metallblechs in die Steuereinheit 5 (Positionsinformation des der Warmbehandlung zu unterziehenden Metallblechab­ schnitts) (Schritt S31). Als nächstes wird das warmzubehandelnde Metallblechstück von der Werk­ stück-Fixiereinrichtung 10 des gelenkigen Roboters 9 ergriffen (Schritt S32). Der Tisch 1 wird nach Maßgabe der im Schritt S31 eingegebenen Positionin­ formation in diejenige Position bewegt, in der der in der Festigkeit durch Warmbehandlung zu verbes­ sernde Abschnitt von dem Laserstrahl L2 bestrahlt werden kann, und der Laserstrahl L2 wird durch seine Abtastbewegung aufgestrahlt, um die Warmbe­ handlung zu vollziehen (Schritte S33 und S34). Dann wird von der Steuereinheit 5 beurteilt, ob sämt­ liche Prozesse der Warmbehandlung abgeschlossen sind (Schritt S32). Falls nicht, werden die Schrit­ te S33 und S34 in ähnlicher Weise für die verblei­ benden Prozesse durchgeführt, um den Warmbehand­ lungsvorgang abzuschließen.

Im Hinblick auf die Festigkeit eines Metallblech­ teils bei der Ausbildung einer kastenförmigen Form ist es äußerst wirksam, die Nähe der abgewinkelten Abschnitte des Metallblechstücks zur Verbesserung der Steifigkeit einer Warmbehandlung zu unterzie­ hen. Wenn die Steifigkeit des Metallblechs erhöht wird, ist es möglich, ein Metallblechmaterial zu verwenden, welches eine um eine Stufe geringere Dicke aufweist, wodurch Kostenersparnis und eine Größenverringerung des Werkstücks erreicht werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß ein aktuelles Ver­ fahren zur Warmbehandlung mittels Laser vorsieht, die einer Warmbehandlung zu unterziehenden Ab­ schnitte des Metallblechs sequentiell mit einer Geschwindigkeit zu erwärmen, bei der die Temperatur des bestrahlten Abschnitts 80°C bei einem vorbe­ stimmten Laserstrahl-Durchmesser wird. Der Laser­ strahl kann auch abtastend eingesetzt werden, um eine ähnliche Erwärmung zu erzielen. Weiterhin ist es ein grundsätzliches Erfordernis für die Warmbe­ handlung, daß die Erwärmung in einer solchen Zeit erfolgt, daß das Metall nicht geschmolzen wird. Außerdem muß ein Abschrecken durch Kühlen auf der Grundlage der Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Metalls, welches keiner Warmbehandlung unterzogen wird, erfolgen, oder es muß eine zwangsweise Flüs­ sigkeitskühlung erfolgen.

Um die Genauigkeit der gewünschten Formen bei der Ausbildung gekrümmt er Oberflächenteile und beim Ziehen eines Metallblechstücks zu erreichen, muß dafür gesorgt werden, daß die Temperaturverteilung des zu verformenden Abschnitts eine erwartete Tem­ peraturverteilung übersteigt. Wenn ein Prozeß durchgeführt wird, übersteigen möglicherweise die zu bearbeitenden Verformungsabschnitte nicht eine erwartete Temperaturverteilung, aufgrund der von dem vorhergehenden Prozeß verbliebenen Wärme. Von den Verfahren, mit deren Hilfe eine gegenseitige thermische Beeinflussung der kontinuierlich durch­ geführten Verformungsprozesse vermieden werden kann, gibt es ein Verfahren, bei dem ein relativ weit abliegender Abschnitt aus den zu verformenden Punkten ausgewählt wird, oder es gibt ein Verfah­ ren, bei dem ein Hilfsgas für das Schneiden mittels Laser oder Kühlluft eingesetzt wird und der nächst­ folgende Prozeß begonnen wird, nachdem die Erwär­ mung aus dem vorhergehenden Prozeß soweit abgekühlt ist, daß es nicht zu einer gegenseitigen thermi­ schen Beeinflussung kommt.

Als nächstes soll anhand eines in den Fig. 28A bis 28D dargestellten Beispiels ein Abtast-Bestrah­ lungsverfahren für den Laserstrahl erläutert wer­ den, welches in Verbindung mit den oben beschriebe­ nen Metallblechbearbeitungsverfahren eingesetzt wird. Wenn der Metallblechabschnitt mit der Breite d und der Länge 1 gemäß Fig. 28A einer Warmbehand­ lung zu unterziehen ist, so kommen folgende Verfah­ ren in Betracht: Ein Verfahren gemäß Fig. 28B, bei dem der Durchmesser des Laserstrahls auf den Wert "d" eingestellt und der Laserstrahl einfach von rechts nach links abtastend über das Werkstück bewegt wird. Außerdem kommt ein in Fig. 28C skiz­ ziertes Verfahren in Betracht, bei dem der Durch­ messer des Laserstrahls auf "d/2" eingestellt und der Laserstrahl entlang einem umlaufenden Weg mit der Breite d und der Länge 1 aufgestrahlt wird. Außerdem gibt es das in Fig. 28D dargestellte Ver­ fahren, bei dem der Durchmesser des Laserstrahls auf "d/4" eingestellt wird, und der Laserstrahl so bewegt wird, daß er zwei Umläufe mit der Breite von jeweils d und der Länge 1 macht. Weiterhin kommen folgende Verfahren in Betracht: Um eine gleichmäßi­ ge Temperaturverteilung zu gewährleisten, wird die Wärmeleitfähigkeit der Umgebungsbereiche in Be­ tracht gezogen, und die Bestrahlung erfolgt durch Erhöhen der Abtastgeschwindigkeit für denjenigen Abschnitt, der eine zu erwärmende Zone umgibt; oder die Stärke des Laserstrahls (die Laserleistung) wird für die Bestrahlung während der Abtastung variiert.

Fig. 29 ist ein Blockdiagramm eines ersten Bei­ spiels für die Steuerung der Laserleistung, und anhand dieses Blockdiagramms soll ein Steuerver­ fahren für die Laserleistung durch Temperaturerfas­ sung des von dem Laserstrahl bestrahlten Abschnitts erläutert werden. Ein Subtrahierer DIA berechnet die Differenz zwischen einer voreingestellten Tem­ peratur (Soll-Temperatur) TEMC des bearbeiteten Abschnitts, welche vorab von der Bedienungsperson eingestellt wurde, und der gemessenen Temperatur (Ist-Temperatur) TEMS des von dem Laser bestrahlten Abschnitts des Metallblech-Werkstücks 2, wie sie von dem Temperaturdetektor 8 gemessen wird. Der Subtrahierer liefert an den Laseroszillator 3 einen Laserleistungs-Befehl LC, der von einem Proportio­ nal-Integral-Verstärker (PI-Verstärker) PI ver­ stärkt wurde. Der Laseroszillator 3 stellt die Intensität des Laserstrahls L1 auf der Grundlage des Laserleistungs-Befehls LC ein und bestrahlt den zu verformenden Abschnitt CP des Metallblechstücks 2 mit dem Laserstrahl L2, der von der Photo-Umsetz­ einrichtung 4 abtastend bewegt wird. Die Temperatur TEMS des bestrahlten Abschnitts des Metallblech­ stücks wird von dem Temperaturdetektor 8 konti­ nuierlich gemessen, und die Laserleistung wird auf der Grundlage des oben erläuterten Verfahrens der­ art gesteuert, daß sie auf der voreingestellten Temperatur TEMC gehalten wird.

Fig. 30 ist ein Blockdiagramm eines zweiten Bei­ spiels für die Laserleistungs-Steuerung. Anhand dieses Diagramms soll nun ein Steuerverfahren für die Laserleistung mittels Messung der Reaktions­ kraft beim Biegen des Metallblechstücks erläutert werden. Bevor der Laserstrahl aufgestrahlt wird, wird eine Anfangs-Biegereaktionskraft PSSM für das Metallblech-Werkstück 2 durch einen Reaktionskraft­ detektor PS gemessen, welcher an die Werkstück- Fixiereinrichtung 11 angeschlossen ist, und der gemessene Wert wird in einem Speicher MY abgespei­ chert. Während eine Laserausgangsleistungs-Ein­ stelleinrichtung CON den Betrieb auf der Grundlage der Verarbeitungsbedingungen SC, die von der Bedie­ nungsperson eingestellt wurden, ändern kann, währenddessen eine Verformung des Metallblechs erfolgt, liest sie die Anfangs-Biegereaktionskraft PSSM aus dem Speicher MY aus und liefert an den Subtrahierer DIA "1/3" der anfänglichen Biegereak­ tionskraft PSSM, beispielsweise in Form eines Ein­ stellwerts PC für eine Biegereaktionskraft. Der Subtrahierer DIA berechnet die Differenz zwischen dem Einstellwert PC für die Biegereaktionskraft und der Biegereaktionskraft PSS des Metallblech-Werk­ stücks 2, wie sie von dem Reaktionskraftdetektor PS gemessen wird, und er liefert an den Laseroszilla­ tor 3 einen Laserleistungs-Befehl LC, der von dem Proportional - Integral - (PI) -Verstärker PI verstärkt worden ist.

Der Laseroszillator 3 stellt die Stärke des Laser­ strahls L1 auf der Grundlage des Laserleistungs­ Befehls LC ein und bestrahlt den zu verformenden Abschnitt CD des Metallblechstücks 2 über die Wandlereinrichtung 4 mit dem Laserstrahl L2, der abtastend bewegt wird. Die Biegereaktionskraft PSS des Metallblechstücks 2 wird von dem Reaktions­ kraftdetektor PS kontinuierlich gemessen, und im vorliegenden Beispiel wird die Laserleistung nach dem Verfahren gesteuert, wie es oben beschrieben wurde, d. h., die Biegereaktionskraft des Metall­ blech-Werkstücks beträgt "1/3" der anfänglichen Reaktionskraft vor der Erwärmung. Es gibt auch ein weiteres Verfahren, bei dem die für die Zeit der Erwärmung abgeschätzte Reaktionskraft vorab auf der Grundlage der Information über die Form und das Material der Metallblechstücke berechnet wird und die Laserleistung gesteuert wird, indem dieser berechnete Wert mit einer momentan gemessenen Reaktionskraft verglichen wird.

Als nächstes soll eine Metallblechverarbeitungs- Anlage beschrieben werden, die auf der Grundlage eines Verformungsprogramms für die Metallblechver­ arbeitung mittels Laserstrahl gemäß der Erfindung arbeitet. Zur Verformungsbearbeitung eines Metall­ blechstücks mittels Laser sind viele Informationen notwendig, z. B. Informationen bezüglich des Materials und der Dicke des Blechmaterials, der Länge und der Form des zu verformenden Abschnitts, und der Intensität und der Bestrahlungszeit des Laserstrahls. Aus dem Gesichtspunkt der Bearbei­ tungseffizienz ist es wirtschaftlich, die Relatio­ nen unter den genannten Faktoren in einer Steuer­ einheit für die Laserverarbeitung oder einer Formeinrichtung für ein Verformungs-Bearbeitungs­ programm vorab zu speichern und ein Bearbeitungs­ programm automatisch innerhalb der Einheit oder mit Hilfe einer Bedienungsperson zu erstellen, wobei die Bedienungsperson die genannte Information be­ nutzt, so daß die Metallblechverarbeitung auf der Grundlage des Verformungs-Bearbeitungs-Programms erfolgt. Fig. 31 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel für eine Metallblechverarbeitungs-Anlage zeigt, die auf der Grundlage eines Bearbeitungspro­ gramms gemäß der Erfindung arbeitet. Die Zeichnung zeigt den Fall einer Biegebearbeitung.

Von der von der Bedienungsperson eingegebenen Bear­ beitungsinformation WI, beispielsweise der Informa­ tion über das Material und die Dicke des Metall­ blechs und die Bearbeitungsform, werden Material und Dicke WI1 in einen Arbeitsinformationsspeicher 31 über eine Bearbeitungsinformations-Eingabeein­ heit 30 abgespeichert. Die Bearbeitungsform WI2 wird in die Metallblechverarbeitungs-Steuereinheit 32 eingegeben. Die Relationen zwischen dem Material und der Dicke des Metallblechs, die Länge des zu verformenden Abschnitts und die Stärke sowie die Bestrahlungszeit des Laserstrahls werden vorab in dem Arbeitsinformationsspeicher 31 abgespeichert, der beispielsweise durch einen Halbleiterspeicher gebildet wird, während die auf zubringende Intensi­ tät LP des Laserstrahls bei der Abtastung des Metallblech-Werkstücks, die Bestrahlungszeit LT des Laserstrahls und die Bearbeitungsform WI2 von der Metallblechverarbeitungs-Steuereinheit 32 ausgele­ sen werden. Auf der Grundlage dieser Daten werden der Laserausgangsleistungs-Befehl LC für den Laser­ oszillator 33, der Abtastbefehl SC für die Ab­ tasteinheit 34 und der Bearbeitungsbefehl WRC für die Metallblechverarbeitungsmaschine 35, die den Biegemechanismus enthält, gebildet. Die Metall­ blechverarbeitung erfolgt nach Maßgabe jedes dieser Befehle.

In einer derart aufgebauten Anlage kann die Bedie­ nungsperson die Bearbeitung eines Metallblechteils einfach durch Eingabe der Information über das Material und die Dicke des Metallblechs und die Eingabe der Bearbeitungsform erreichen, ohne daß sie sich um die Intensität und die Bestrahlungszeit des Laserstrahls kümmern muß. Während bei dem Bei­ spiel nach Fig. 31 die Beschreibung lediglich den Fall des Biegens betrifft, kann die Metallblechver­ arbeitung auf der Grundlage eines Verformungs-Bear­ beitungsprogramms ebenfalls ohne weiteres auch für das Schneiden, das Schweißen und Warmbehandlung durchgeführt werden, indem vorab Bearbeitungsinfor­ mation in ähnlicher Weise in dem Bearbeitungsinfor­ mationsspeicher 31 gespeichert werden.

Während die Verformung des Metallblechs mittels Laser in der oben beschriebenen Weise an sich eine äußerst wirksame Bearbeitungsmethode darstellt, ermöglicht die Schaffung dieser Methode die Reali­ sierung einer Reihe von Bearbeitungen für Metall­ blechteile mit Hilfe einer einzigen Metallblechbe­ arbeitungs-Vorrichtung, indem die Verfahren zur Metallblechverarbeitung wie beispielsweise Schweißen, Warmbehandlung, Schleifen des Metall­ blechs unter Verwendung des Lasers kombiniert wer­ den. Man nehme an, daß die in Fig. 8 dargestellte Metallblechverarbeitungs-Vorrichtung dazu verwendet wird, ein Metallblechstück zu der in Fig. 12 ge­ zeigten kastenförmigen Form auszubilden. Zunächst wird ein Metallblechteil mit der in Fig. 11 gezeig­ ten Form aus einem Blechmaterial ausgeschnitten, wozu der Schneidvorgang des Metallblechs mittels Laser erfolgt. Dann wird ein Liniensegment H3H1 mit einem Laserstrahl bestrahlt, während dieser sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, und wenn die Elastizitätsgrenze des von dem Laser bestrahlten Abschnitts mit angestiegener Temperatur verringert, wird auf den von dem Laser bestrahlten Abschnitt seitens des gelenkigen Roboters 9 eine Biegekraft aufgebracht, bis eine Biegung von 90° erreicht ist. In ähnlicher Weise erfolgt eine Biegung um 90° auch hinsichtlich der Liniensegmente H3H5, H5H6, H4H6, um die in Fig. 12 dargestellte Form zu erreichen.

Zum Schweißen werden die überlappten Liniensegmente H1H3 und H9H3 mit dem Laserstrahl gestrahlt. In ähnlicher Weise erfolgt das Schweißen auch an den Liniensegmenten H2H4 und H11H4, H12H6 und H8H6, H7H5 und H10H5, um die kastenförmige Form gemäß Fig. 12 zu erreichen. Außerdem werden Unebenheiten der Schweißung von einem Schleifgerät abgeschlif­ fen, welches von dem gelenkigen Roboter 9 gehalten wird. Das Vergüten mit Hilfe des Laserstrahls zur Verbesserung der Festigkeit des Kastens erfolgt in einem geeigneten Verarbeitungsschritt innerhalb der oben erläuterten Schritte. Man kann also mit einer einzelnen Metallblechverarbeitungs-Maschine ver­ schiedene Metallblechverarbeitungen durchführen, wie z. B. das Schneiden, das Biegen und das Schweißen eines Metallblechteils, das Schleifen der Schweißung zur Endbehandlung, und das Vergüten.

Als nächstes soll anhand der Fig. 32 eine Bearbei­ tungsprozedur beschrieben werden, bei der das Schneiden, das Biegen, das Schweißen und die Warm­ behandlung mit Hilfe einer einzigen Metallblechver­ arbeitungs-Vorrichtung durchgeführt werden. Zu­ nächst wird ein Bearbeitungsprogramm, welches eine verallgemeinerte Bearbeitungsprozedur darstellt, auf der Grundlage der Bearbeitungsform, des Mate­ rials und der Plattenstärke des Metallblechteils erstellt (Schritt S41). Dann wird das Metallblech­ material mit Hilfe des Lasers geschnitten, um die Form vor dem Biegen zu erhalten (Schritt S42). Die Bedingungen für die Laserbestrahlung, Beispiels die Abtastkontur des Laserstrahls, die Stärke des Laserstrahls und die Bestrahlungszeit werden hin­ sichtlich eines durch die Biegebearbeitung zu bie­ genden Abschnitts für die im Schritt S41 bestimmte erste Biegesequenz von sämtlichen zu biegenden Abschnitten des Metallblechstücks festgelegt (Schritt S43). Der zu biegende Abschnitt wird von dem abtastenden Laserstrahl bestrahlt, um ihn auf einer für das Biegen geeigneten Temperatur zu hal­ ten (Schritt S44), und es wird auf den Biege­ abschnitt eine Biegekraft aufgebracht, um die Bie­ gearbeit bis zu einem gewissen Winkel durchzuführen (Schritt S45).

Wenn ein Schweißen in der Nähe des gebogenen Ab­ schnitts erforderlich ist, so wird dann an­ schließend der Schweißvorgang nach Maßgabe der im Schritt S41 bestimmten Bearbeitungsprozedur durch­ geführt (Schritte S46 und S47), und falls eine Warmbehandlung erforderlich ist, wird auch die Warmbehandlung durchgeführt (Schritte S48 und S49). Es wird festgestellt, ob sämtliche Bearbeitungen abgeschlossen sind (Schritt S50), und falls ein noch nicht bearbeiteter Abschnitt verbleibt, geht der Ablauf zum Schritt S43 zurück. Die Bearbeitung wird abgeschlossen, wenn sämtliche Arbeitsschritte fertig sind. Das Schweißen und die Warmbehandlung können auch kollektiv durchgeführt werden, nachdem sämtliche Biegevorgänge beendet sind.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, können gemäß dem erfindungsgemäßen Metallblechbearbei­ tungsverfahren das Biegen und das Ziehen von Me­ tallblechteilen, das üblicherweise viele Arten von Spezialformen erforderlich machte, ersetzt werden durch ein auf einem einfachen Grundprinzip basie­ rendes Metallblechverarbeitungsverfahren. Die Metallblechverarbeitung schafft ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit, indem das Schneiden, das Schweißen, die Warmbehandlung und das Biegen mit Hilfe einer einzigen Metallblechverarbeitungs-Vor­ richtung durchgeführt werden können. Hierdurch lassen sich die Gesamtkosten herabsetzen und die Abmessungen der Metallblechverarbeitungs-Vorrich­ tung verringern. Auch die Kosten der Metallblech­ verarbeitung selbst lassen sich verringern.

Claims (12)

1. Verfahren zur Metallblechverarbeitung, umfas­ send die Schritte:

• - ein zu verformender Metallblech-Abschnitt wird mittels Laserstrahl bestrahlt, welcher mit hoher Geschwindigkeit den zu verformenden Abschnitt abtastet, um ihn zu erwärmen; und
• - auf den zu verformenden Abschnitt wird eine Kraft aufgebracht, um das Metallblech zu verarbei­ ten.

2. Laserbearbeitungsvorrichtung, umfassend:

• - einen Laseroszillator (3);
• - eine Laserstrahlleiteinheit (4) zum Leiten eines von dem Laseroszillator (3) ausgehenden Laserstrahls (L1), um diesen nach Bedarf mittels z. B. einer Linse (20, 21) zu konvergieren;
• - eine Abtasteinrichtung (23) zum abtastenden Bewegen des Laserstrahls mit hoher Geschwindigkeit entlang einer Geraden oder einer wählbaren Kontur;
• - eine Verformungseinrichtung (9, 10) zum Aufbringen einer Kraft auf ein Metallblech-Werk­ stück (2), um dieses mit dem Laserstrahl durch Abtastung bei hoher Geschwindigkeit bestrahlte Werkstück zu verformen; und
• - eine Steuereinrichtung (5) zum Steuern der vorgenannten Einrichtungen nach Maßgabe verschiede­ ner für das Metallblech vorab eingestellter Bear­ beitungsbedingungen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Ver­ formungseinrichtung aufweist: einen Tisch (1) zum Haltern des Metallblechstücks (2), Werkstück- Fixiereinrichtungen (10, 11) zum Greifen von Enden des Metallblechstücks (2), und einen gelenkigen Roboter (9) zum Bewegen der Werkstück-Fixierein­ richtungen (10, 11).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Tisch von der Steuer (5) in X- und in Y-Richtung bewegt wird.

5. Verfahren zur Metallblechverarbeitung, bei dem ein Laserstrahl mit hoher Geschwindigkeit auf eine wahlweise gerade Linie auf einem ebenen Metall­ blechstück (2) bewegt wird, um den Abschnitt ent­ lang der gestreckten Linie zu erwärmen, und eine Biegekraft auf die gerade Linie aufgebracht wird, um die Biegung des Metallblechstücks (2) durchzu­ führen, wenn der Abschnitt entlang der geraden Linie eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, und das Biegen sequentiell an geraden Linien durch­ geführt wird, die im wesentlichen parallel zueinan­ der mit vorbestimmtem Abstand innerhalb der zu verformenden Abschnitte auf dem Metallblechstück liegen, wodurch das Metallblechstück (2) eine ge­ krümmte Oberfläche mit einem Querschnitt erhält, der im wesentlichen kontinuierlich und glatt ist.

6. Verfahren zur Metallblechverarbeitung, umfas­ send die Schritte:
Bilden einer geradlinigen Nut mit Hilfe eines Laserstrahls auf einer oder auf beiden Seiten des zu verformenden Abschnitts eines ebenen Metallblechstücks, und anschließendes Aufbringen einer Biegekraft bezüglich der Nut, um das Metall­ blechstück zu biegen.

7. Verfahren zur Metallblechverarbeitung, umfas­ send die Schritte:

• - Aufstrahlen eines mit hoher Geschwindigkeit bewegten Laserstrahls auf eine wahlweise geschlos­ sene Linie, beispielsweise einen Kreis oder ein Polygon, auf einer Metallblechebene, um den Ab­ schnitt entlang der geschlossenen Linie zu erwär­ men; und
• - Aufbringen einer Kraft auf den Metallblech- Abschnitt, der von der geschlossenen Linie umgeben ist, in der Richtung einer gewünschten Verformung, um die Form des Metallblechstücks zu einer konvexen Form zu ziehen, wenn die Temperatur der geschlosse­ nen Linie auf eine vorbestimmte Temperatur ange­ stiegen ist.

8. Verfahren zur Metallblechverarbeitung, bei dem ein mit hoher Abtastgeschwindigkeit bewegter Laser­ strahl auf eine wahlweise geschlossene Linie, bei­ spielsweise einen Kreis oder ein Polygon, in einer Metallblechebene aufgestrahlt wird, um den Ab­ schnitt entlang der geschlossenen Linie zu erwär­ men, und auf einen Metallblechabschnitt, der von der geschlossenen Linie umgeben ist, eine Kraft in der Richtung einer gewünschten Verformung aufge­ bracht wird, um die Form des Metallblechs zu einer konvexen Form zu ziehen, wenn die Temperatur der geschlossenen Linie auf eine vorbestimmte Tempera­ tur angestiegen ist; wobei dieses Metallblechbear­ beitungsverfahren sequentiell an mehreren geschlos­ senen Linien durchgeführt wird, welche in vorbe­ stimmten Intervallen innerhalb des zu einer kon­ vexen Form auszubildenden Abschnitts der Metall­ blechebene vorgesehen sind, wobei von einer ge­ schlossenen Linie im Zentrum zu den äußeren ge­ schlossenen Linien fortgeschritten wird, so daß die Form des Metallblechs zu einer konvexen Ausbildung mit einer gekrümmten Oberfläche gezogen wird, die im wesentlichen kontinuierlich und glatt ist.

9. Verfahren zur Metallblechverarbeitung zur Warmbehandlung eines Metallblechteils mittels Laserstrahl, bei dem die Warmbehandlung folgender­ maßen erfolgt:

• - es wird von einem Verfahren Gebrauch ge­ macht, bei dem ein Laserstrahl mit einem vorbe­ stimmten Strahldurchmesser mit einer solchen Geschwindigkeit auf den zu bestrahlenden Abschnitt des Metallblechteils aufgestrahlt wird, daß der Abschnitt eine vorbestimmte Temperatur erreicht;
• - einer Warmbehandlung zu unterziehende Ab­ schnitte des Metallblechteils werden nacheinander erwärmt;
• - es wird ein Verfahren verwendet, bei dem der einer Warmbehandlung zu unterziehende Abschnitt des Metallblechteils durch Aufstrahlen eines abta­ stenden Laserstrahls solange erwärmt wird, bis die Temperatur des bestrahlten Abschnitts des Metall­ blechteils auf eine vorbestimmte Temperatur angeho­ ben ist;
• - oder es wird von einem Verfahren Gebrauch gemacht, bei dem der Bearbeitungsvorgang des Metallblechteils aus mehreren Prozessen besteht, wobei Prozesse für solche zu verformenden Abschnit­ te, die um einen geringen Abstand voneinander ge­ trennt sind, ausgewählt werden, um nicht eine gegenseitige thermische Beeinflussung zwischen den Prozessen zu verursachen, oder wobei die aus dem einen Prozeß resultierende Wärme durch Kühlung vor dem durchführen des nächsten Prozesses bis zu einem Ausmaß beseitigt wird, daß dort keine thermische Störung verursacht wird.

10. Verfahren zur Metallblechverarbeitung, um­ fassend die Schritte:

• - Vergleichen eines eingestellten Werts, der dadurch erhalten wird, daß ein Meßwert einer ur­ sprünglichen Biegereaktionskraft eines Metallblech­ teils vor der Erwärmung um einen vorbestimmten Anteil verringert wird, oder eines eingestellten Werts der Reaktionskraft des erwärmten Metallblech­ teils, abgeschätzt aus der Form und dem Material des Metallblechteils, bei dem die Verformung des Metallblechteils möglich ist, mit einem Meßwert der Reaktionskraft des Metallblechteils, der gemessen wird, wenn das Teil mit einem Laserstrahl wird;
• - Steuern der Intensität des Laserstrahls zur Erzielung einer geeigneten Intensität auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses; und
• - Durchführen einer Verformungsbearbeitung des Metallblechteils, indem auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses festgestellt wird, ob eine Verformung des Metallblechteils möglich ist.

11. Verfahren zur Metallblechverarbeitung, um­ fassend die Schritte:

• - in einer Laserbearbeitungs-Steuereinheit oder in einer Einheit zur Bildung eines Verfor­ mungs-Arbeitsprogramms werden die Relationen zwi­ schen Material, Dicke eines Metallblechteils, der Länge, der Gestalt des zu verformenden Abschnitts und der Intensität und der Bestrahlungszeit eines Laserstrahls abgespeichert;
• - das Verformungs-Arbeitsprogramm wird aus diesen gespeicherten Informationen erstellt; und
• - auf der Grundlage des Arbeitsprogramms erfolgt die Metallblechverarbeitung.

12. Verfahren zur Metallblechverarbeitung, bei dem von Bearbeitungsvorgängen wie Schneiden eines Metallblechteils, Schweißen des Metallblechteils, Wärmebehandlung des Metallblechteils, Schleifen des Metallblechteils und Biegen des Metallblechteils zwei oder mehrere Bearbeitungen einschließlich Biegens des Metallblechteils in einer einzigen Metallblechverarbeitungs-Vorrichtung durchgeführt werden.