DE4228740C2 - Laserbearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserbearbei­ tungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Laserbearbeitungsvorrichtungen bekannt, die eine thermische Bearbeitung - etwa Schneiden, Schweißen und Erhit­ zen - durch Einstrahlen eines Laserstrahles auf die Oberfläche eines Werkstückes ausführen. Im Sinne eines Beispiels wird hier auf die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung Bezug genommen.

Der Umlenkspiegel 53 dient dazu, die Ausbreitungsrichtung eines von einem Laserstrahlerzeuger 51 ausgesandten Laserstrahls 52 zu verändern. Der durch den Umlenkspiegel 53 reflektierte Laserstrahl gelangt in einen Bearbeitungskopf 54. Ein Werkstück 55 ist unmittelbar unterhalb des Bearbeitungskopfes 54 und an einer Bewegungsvorrichtung 56 befestigt angeordnet. Die Bewe­ gungsvorrichtung 56 wird bewegt, während der Laserstrahl 52 auf das Werkstück 55 einstrahlt, wodurch sich ein auf dem Werkstück 55 gebildeter Punkt des Laserstrahles 52 relativ zum Werkstück bewegt. Auf diese Weise wird das Werkstück 55 unter Verwendung des Laserstrahles 52 einer vorbestimmten thermischen Bearbei­ tung unterzogen.

Als ein Beispiel für eine solche thermische Bearbeitung wird nachfolgend eine Schneidarbeit erklärt. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Kondensorlinse 57 feststehend im Inneren des Bearbei­ tungskopfes 58 angeordnet. Der Laserstrahl 52, der auf den Be­ arbeitungskopf 58 auftrifft, geht durch die Kondensorlinse 57 hindurch, während er durch diese Linse fokussiert wird. Damit wird das Werkstück 55 an der Stelle des Brennpunktes 59 des Laserstrahles 52 aufgeschmolzen. Im Ergebnis dessen wird der Teil des Werkstückes 55, der durch den Laserstrahl 52 ge­ schmolzen wird, als geschmolzenes Metall 60 durch einen starken Strahl eines Bearbeitungsgases 61, das ein aktives Gas, - z. B. Sauerstoffgas - ist, hinweggeblasen, womit ein Schnitt 62 im Werkstück 55 gebildet wird.

Bei einer Schweißarbeit muß der Laserstrahl eine höhere Aus­ gangsleistung haben als der bei einer Schneidarbeit verwendete Laserstrahl. Deshalb wird üblicherweise ein parabolischer Spiegel, der unter den Bedingungen eines starken Lichteinfalls oder einer großen Wärmeentwicklung gegenüber der Kondensorlinse eine höhere Standfestigkeit hat, verwendet. Wie in Fig. 8 gezeigt, sind ein ebener Umlenkspiegel 63 und ein Parabol­ spiegel 64, der gegenüber dem ebenen Umlenkspiegel 63 angeordnet ist, fest im Inneren des Bearbeitungskopfes 65 ange­ ordnet. Der Laserstrahl 52, der auf den Bearbeitungskopf 65 auftrifft, wird vom ebenen Umlenkspiegel 63 reflektiert und trifft auf den Parabolspiegel 64 auf. Nachdem durch den Parabolspiegel 64 die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 52 verändert wurde, ist der Laserstrahl 52 fokussiert, und der fokussierte Laserstrahl 52 wird auf das Werkstück 55 einge­ strahlt. Dadurch wird das Werkstück 55 an der Stelle des Brenn­ punktes 66 des Laserstrahles 56 aufgeschmolzen. Zur gleichen Zeit wird das Bearbeitungsgas 68, das ein Inertgas - z. B. Argongas - ist, unter geringem Druck dem Werkstück 55 zuge­ führt. Im Ergebnis dessen wird der durch den Laserstrahl 52 in ein geschmolzenes Metall 67 aufgeschmolzene Abschnitt des Werk­ stückes 55 mit einem schwachen Strom des Bearbeitungsgases 68 bedeckt und erstarrt wieder, während seine Oxidation verhindert wird.

Bei einer Erhitzungsarbeit - etwa dem Härten - ist es anderer­ seits erforderlich, daß die Energie eines Laserstrahles gleich­ förmig verteilt wird. Deshalb ist, wie in Fig. 9 gezeigt, ein Kaleidoskop 70 fest im Inneren des Bearbeitungskopfes 51 ange­ ordnet. Der Laserstrahl 52, der auf dem Bearbeitungskopf 71 auftrifft, geht durch die Kondensorlinse 72 hindurch, während er durch diese Linse fokussiert wird. Der konvergierende Laserstrahl 52 trifft auf das Kaleidoskop 70 auf. Der Laser­ strahl 52 wird im Kaleidoskop 70 mehrfachen Reflexionen ausgesetzt, so daß die Energieverteilung des Laserstrahles 52 gleichförmig wird. Der Laserstrahl 52 wird nach Durchgang durch die Kondensorlinse 73 auf das Werkstück 55 eingestrahlt. Ein Laserstrahl-Absorptionsmittel 74 des Graphit-Typs ist auf die Oberfläche des Werkstückes 55 aufgebracht, um den Laserstrahl 52 wirksam zu absorbieren. Nachdem das Werkstück 55 durch den eingestrahlten Laserstrahl 52 schnell aufgeheizt wurde, um eine Härtungstemperatur zu erreichen, wird das Werkstück 55 infolge seiner eigenen Wärmeleitung schnell abgekühlt. Im Ergebnis dessen bildet der Laserstrahl 52 einen gehärteten Abschnitt 75 im Werkstück 55.

Es ist somit wünschenswert, den Bearbeitungskopf mit optischen Elementen, etwa einer Kondensorlinse, einem Parabolspiegel oder einem Kaleidoskop, entsprechend der Art der auszuführenden thermischen Bearbeitung zu verwenden. Wenn die Laserbearbei­ tungsvorrichtung eine Art einer thermischen Behandlung ausführt, ist es wünschenswert, den Bearbeitungskopf so aus­ zuwählen, daß er die für die gewünschten Bearbeitungsbedingun­ gen geeignetsten optischen Elemente enthält.

Bei herkömmlichen Laserbearbeitungsvorrichtungen ist der Bearbeitungskopf jedoch halbfest oder abnehmbar befestigt. Es ist daher im Falle einer Ausführung unterschiedlicher Arten thermischer Behandlung bei einer solchen herkömmlichen Laser­ bearbeitungsvorrichtung erforderlich, die Bearbeitungsköpfe entsprechend der Art der auszuführenden thermischen Behandlung in geeigneter Weise gegeneinander auszutauschen. Bei der herkömmlichen Laserbearbeitungsvorrichtung wird dieser Vorgang des Auswechselns der Köpfe von Hand ausgeführt, was zu dem Problem einer verringerten Produktionseffizienz führt.

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die zur Lösung dieses Problems in der Lage ist, ist in Fig. 10 gezeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung weist ein Gestell 102 und weiter einen Bearbeitungskopf für Schweißarbeiten 106, einen Bearbei­ tungskopf für Schneidarbeiten 105 und einen Bearbeitungskopf für Härtungsarbeiten 107 auf, die über einen Halter 119 fest am Gestell 102 angebracht sind. Darüber hinaus enthält die Laser­ bearbeitungsvorrichtung einen ebenen Umlenkspiegel 104, der verschoben werden kann, um einen vom Laserstrahlerzeuger 101 ausgesandten Laserstrahl in einen der Bearbeitungsköpfe 106, 105 und 107 einzuleiten. Das heißt, bei dieser Laserbearbei­ tungsvorrichtung kann der geeignetste Bearbeitungskopf aus den drei Bearbeitungsköpfen 106, 105, 107 durch Verschieben des Umlenkspiegels 104 ausgewählt werden. Eine gewünschte thermi­ sche Bearbeitung kann durch Bewegen eines Werkstückes 126 aus­ geführt werden. Das Werkstück 126 wird durch eine Bewegungsvor­ richtung 127 mit einer Vorschubeinrichtung 130 für eine erste Richtung und einer Vorschubeinrichtung 140 für eine zweite Richtung bewegt. Daher gibt es keine Notwendigkeit, die Bearbeitungsköpfe entsprechend der Art der auszuführenden thermischen Bearbeitung gegeneinander auszutauschen.

Bei der erwähnten Laserbearbeitungsvorrichtung sind jedoch die drei Bearbeitungsköpfe 106, 105 und 107 fest am Gestell 102 angeordnet. Es ist daher nötig, eine große Fläche vorzusehen, in der die Bewegungsvorrichtung 127 das Werkstück bewegen kann, da die Bewegungsvorrichtung 127 sich entsprechend jedem der Bear­ beitungsköpfe 106, 105 und 107 zu drei Positionen und weiterhin innerhalb eines Bearbeitungsbereichs zum Bearbeiten des Werk­ stückes 126 durch einen Bearbeitungskopf bewegen muß. Beispiels­ weise muß, wie auf der linken Seite von Fig. 10 gezeigt, sich die Bewegungsvorrichtung 127 in eine Position bewegen, die durch die gepunktete Linie gezeigt ist. Damit gibt es die Schwierig­ keit, daß die Laserbearbeitungsvorrichtung größer wird.

Aus der DE 32 06 210 A1 ist ein Schweißarm mit einer Laserquelle und zwei in einem Abstand voneinander angeordneter Öffnungen be­ kannt, bei dem der Laserstrahl jeweils durch die Öffnungen zum Schweißen und Trennen eines Werkstückes herausgelenkt wird.

Aus der DE 37 43 461 A1 ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung bekannt, die einen positionierbaren Bearbeitungskopf aufweist.

Aus der JP 1-15298 ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbei­ tungsvorrichtung mit geringen Abmessungen, hoher Produktionsef­ fizienz und der Möglichkeit zum leichten Austauschen der Bear­ beitungsköpfe gegeneinander entsprechend der Art der auszufüh­ renden thermischen Bearbeitung anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Laserbearbeitungsvorrichtung des An­ spruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung des Anspruchs 2 ist die Mehrzahl der Bearbeitungsköpfe durch die Befestigungsvorrich­ tung befestigt, und die Befestigungsvorrichtung ist bewegbar durch die Halteeinrichtung gehalten. Die Steuereinrichtung po­ sitioniert einen der Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen durch Steuerung der Antriebseinrichtung in der Bearbeitungsposition und nach einer solchen Positionierung erzeugt die Laser­ strahlerzeugungsvorrichtung den Laserstrahl, und der ausgewähl­ te Bearbeitungskopf führt einen gewünschten thermischen Bear­ beitungsschritt aus.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann, da sie zur Ausführung einer thermischen Bearbeitung - etwa eines Schneidens, Schwei­ ßens und Aufheizens - mit einem optimalen Bearbeitungskopf in der Lage ist, ein Werkstück hoher Qualität erzeugen. Darüber hinaus ist mit der Laserbearbeitungsvorrichtung die Produkti­ onseffizienz zu erhöhen, da es keine Notwendigkeit gibt, einen Vorgang des Auswechselns der Bearbeitungsköpfe von Hand auszu­ führen. Weiterhin wird eine kompakte Laserbearbeitungsvorrich­ tung bereitgestellt, da die Laserbearbeitungsvorrichtung Bear­ beitungsköpfe hat, die bewegbar durch die Halteeinrichtung ge­ halten sind.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Er­ läuterung von Ausführungsformen an Hand der Figuren.

Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Laserbearbei­ tungsvorrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Bearbeitungs­ kopfes und dessen Umgebung,

Fig. 3 eine Darstellung eines Schneidvorganges unter Ver­ wendung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach dieser Ausführungsform,

Fig. 4 eine Darstellung eines Schweißvorganges unter Nut­ zung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach dieser Ausführungsform;

Fig. 5 eine Darstellung eines Härtungsvorganges unter Ver­ wendung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach die­ ser Ausführungsform,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Laserbearbeitungsvorrichtung,

Fig. 7 eine Darstellung eines Schneidvorganges unter Ver­ wendung der herkömmlichen Laserbearbeitungs­ vorrichtung,

Fig. 8 eine Darstellung eines Schweißvorganges unter Ver­ wendung der herkömmlichen Laserbearbeitungsvor­ richtung,

Fig. 9 eine Darstellung eines Härtungsvorganges unter Ver­ wendung der herkömmlichen Laserbearbeitungsvor­ richtung,

Fig. 10 einen anderen Typ einer Laserbearbeitungsvorrich­ tung mit feststehenden Bearbeitungsköpfen und

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Einsatz einer Hydraulikvorrichtung als Antrieb.

Zuerst wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 der Aufbau einer eine Ausführungsform der Erfindung darstellenden Laserbearbeitungsvorrichtung beschrieben.

Ein Laserstrahlerzeuger 1, indem vorzugsweise ein CO₂-Laser eingesetzt ist, ist in einem beispielsweise aus Stahl herge­ steltes Gestell 2 eingesetzt und sendet einen Laserstrahl 3 mit einer Wellenlänge von z. B. 10,6 µm (Mikrometer) aus. Der ebene Umlenkspiegel 4 ist fest im optischen Weg des vom Laserstrahlerzeuger ausgesandten Laserstrahls 3 angeordnet und verändert die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahles. Der La­ serstrahl 3 trifft auf einen der Bearbeitungsköpfe 8, das heißt einen Bearbeitungskopf für Schneidarbeiten 5, einen Bearbei­ tungskopf für Schweißarbeiten 6 und einen Bearbeitungskopf für Härtungsarbeiten 7, der in einer Bearbeitungsposition ange­ ordnet ist.

Wie Fig. 2 zeigt, weist der Bearbeitungskopf für Schneid­ arbeiten 5 eine Kondensorlinse 9 und eine Bearbeitungsdüse 11 mit einem Bearbeitungsgas-Zufuhrstutzen 10 auf. Die Bearbei­ tungsdüse 11 ist direkt unterhalb des Bearbeitungskopfes für Schneidarbeiten 5 angeordnet.

Der Bearbeitungskopf für Schweißarbeiten 6 weist einen ebenen Umlenkspiegel 12, einen Parabolspiegel 13 und eine Bearbei­ tungsdüse 15 mit einem Bearbeitungsgas-Zufuhrstutzen 14 auf. Der Parabolspiegel 13 ist gegenüber dem ebenen Umlenkspiegel 12 angeordnet. Der Bearbeitungsgas-Zufuhrstutzen 14 ist direkt unterhalb des Parabolspiegels 13 angeordnet.

Der Bearbeitungskopf für Härtungsarbeiten 7 weist eine Kondensorlinse 6, auf die der Laserstrahl 3 auftrifft, ein Kaleidoskop 17 und eine Kondensorlinse 18, aus der der Laser­ strahl 3 austritt, auf.

Der Bearbeitungskopf für Schneidarbeiten 5, der Bearbeitungs­ kopf für Schweißarbeiten 6 und der Bearbeitungskopf für Här­ tungsarbeiten 7 sind jeweils fest an einem Bearbeitungskopf­ halter 19 angebracht. Der Bearbeitungskopfhalter 19 ist über eine geradlinige Führung 20 gleitbar unter dem Gestell 2 an­ geordnet.

Der Bearbeitungskopfhalter 19 ist zu einer Bewegung relativ zum Gestell 2 in der Lage, die durch eine Bearbeitungskopf- Antriebseinheit 21 bewirkt wird. Die Bearbeitungskopf-Antriebs­ einheit 21 weist einen Antriebsmotor 22, der fest auf dem Ge­ stell 2 angeordnet ist, ein Ritzel 23 und eine Zahnstangenvor­ richtung 24 auf. Das Ritzel 23 wird durch die Ausgangswelle des Antriebsmotors 22 angetrieben. Die Zahnstangenvorrichtung 24 ist fest am Bearbeitungskopfhalter 19 angeordnet, so daß sie mit dem Ritzel 23 im Eingriff steht. Der Antriebsmotor 22 wird durch eine Steuereinrichtung 25 so gesteuert, daß er das Ritzel 23 antreibt.

Ein Schrittmotor wird als Antriebsmotor 22 verwendet.

Die Steuereinrichtung 25 steuert die Drehung durch Steuerung der Anzahl von Ansteuerimpulsen, die an den Antriebsmotor 22 geliefert werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist in der rechten oberen Stellung des Gestells 2 ein Mikroschalter 95 vorgesehen. Der Mikroschalter 95 ist elektrisch mit der Steuereinrichtung 25 verbunden. Der Mikroschalter 95 liefert ein Referenzposi­ tionssignal an die Steuereinrichtung 25, wenn das rechte Ende des Bearbeitungskopfhalters 19 den Mikroschalter 95 niederdrückt.

Die Steuereinrichtung 25 speichert Ansteuerimpulszahlen, die zur Positionierung der Bearbeitungsköpfe 5, 6 und 7 in der Bearbeitungsposition bezüglich einer durch den Mikroschalter 95 ermittelten Referenzposition erforderlich sind. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung auf der Grundlage der gespeicherten Ansteuerimpulszahlen einen gewünschten der Bearbeitungsköpfe in der Bearbeitungsposition positionieren, nachdem die Referenz­ position durch den Mikroschalter 95 bestimmt wurde. Die Referenzposition, die durch den Mikroschalter 95 repräsentiert wird, wird jedesmal erreicht, wenn durch den ersten Antriebs­ motor 21 ein Neupositionierungs-Vorgang ausgeführt wird, so daß der Halter 19 in Eingriff mit dem Mikroschalter 95 kommt.

Ein Werkstück 26 ist auf einer Bewegungsvorrichtung 27 befestigt und direkt unterhalb der Bearbeitungsköpfe 8 angeordnet. Die Bewegungsvorrichtung 27 wird bewegt, während der Laserstrahl 3 auf das Werkstück 26 eingestrahlt wird, wodurch eine Relativbewegung eines Punktes des Laserstrahles 3, der auf dem Werkstück 26 gebildet ist, bewirkt wird, so daß eine vorbestimmte thermische Bearbeitung ausgeführt wird.

Die Bewegungsvorrichtung 27 weist eine Vorschubeinrichtung 90 in einer ersten Richtung und eine Vorschubeinrichtung 92 für eine zweite Richtung zur Bewegung des Werkstückes 26 in eine gewünschte Position in der waagerechten Ebene auf. Die Vorschubeinrichtung 90 für die erste Richtung hat eine sich in der ersten Richtung erstreckende Kugelrollenspindel 94 und einen Motor 91 zum Drehen der Kugelrollenspindel 94. Die Vor­ schubeinrichtung 92 für die zweite Richtung hat eine (nicht gezeigte) Kugelrollenspindel, die sich in die zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt, und einen Motor 93 zum Drehen der Kugelrollenspindel.

Es folgt eine Beschreibung eines Schneidvorganges unter Verwen­ dung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach dieser Ausfüh­ rungsform unter Bezugnahme auf Fig. 3.

Wenn ein Schneiden auszuführen ist, wird der Bearbeitungs­ kopfhalter 19 angetrieben, so daß der Laserstrahl 3 mit dem Bearbeitungskopf für Schneidarbeiten 5, der durch den Bearbei­ tungskopfhalter 19 gehalten ist, ausgerichtet ist und dessen Mittelachse entlang läuft. Das heißt, der Bearbeitungskopf für Schneidarbeiten 5 wird durch den Bearbeitungskopfhalter 19 in diese Ausrichtungsposition bewegt. Der Bearbeitungskopfhalter 19 wird angetrieben, während die Bearbeitungskopf-Antriebsein­ heit 21 durch die Steuereinrichtung 25 gesteuert wird. Das heißt, wenn der Antriebsmotor 22 angesteuert wird, wird das Ritzel 23 angetrieben, so daß die Zahnstangenvorrichtung 24, die in das Ritzel 23 eingreift, angetrieben wird, wodurch der Bearbeitungskopfhalter 19 bewegt wird.

Der Laserstrahl 3, der auf den Bearbeitungskopf zum Schneiden 5 auftrifft, geht durch die Kondensorlinse 9 hindurch, während er durch diese fokussiert wird. Damit wird das Werkstück 26 an der Stelle des Brennpunktes 28 des Laserstrahles 3 aufgeschmolzen. Ein Bearbeitungsgas 29, das ein aktives Gas (z. B. Sauerstoff) ist, wird durch den Bearbeitungsgas-Zuführstutzen 10 zugeführt und schießt längs der Achse des Laserstrahles 3 aus der Bearbeitungsdüse 11. Im Ergebnis dessen wird der Teil des Werkstückes 26, der durch den Laserstrahl 3 aufgeschmolzen wurde, durch den starken Luftstrom des Bearbeitungsgases 29 weggeblasen, so daß ein Einschnitt 30 im Werkstück 26 gebildet wird. Das Werkstück 26 wird durch die Bewegungsvorrichtung 27 bewegt, und auf diese Weise wird eine vorbestimmte Schneidar­ beit ausgeführt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nun ein Schweißvorgang unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach dieser Aus­ führungsform beschrieben.

Beim Schweißen wird der Bearbeitungskopfhalter 19 so angetrieben, daß der Laserstrahl 3 in Ausrichtung mit dem Bearbeitungskopf zum Schweißen 6, der durch den Bearbeitungskopfhalter 19 gehalten wird, ausgerichtet ist und längs dessen Mittelachse verläuft. Das heißt, der Bearbeitungskopf zum Schweißen 6 wird durch den Bearbeitungskopfhalter 19 bewegt. Der Bearbeitungskopfhalter 19 wird angetrieben, indem die Bearbeitungskopf-Antriebseinheit 21 durch die Steuereinrichtung 25 gesteuert wird.

Der auf den Bearbeitungskopf zum Schweißen 6 auftreffende Laserstrahl 3 wird auf dem ebenen Umlenkspiegel 12 reflektiert und trifft auf den Parabolspiegel 13. Nachdem die Ausbreitungs­ richtung des Laserstrahles 3 durch den Parabolspiegel 13 geändert wurde, ist der Laserstrahl 3 noch fokussiert. Der konvergente Laserstrahl 3 wird auf das Werkstück 26 einge­ strahlt. Dadurch wird das Werkstück 26 an der Stelle des Brennpunktes 31 des Laserstrahles 3 aufgeschmolzen. Ein Bearbeitungsgas 32, das ein Inertgas (z. B. Argon) ist, wird durch den Bearbeitungsgas-Zufuhrstutzen 14 zugeführt und tritt unter niedrigem Druck aus der Bearbeitungsdüse 15 aus, wobei es koaxial mit dem Laserstrahl 3 strömt. Im Ergebnis dessen wird der durch den Laserstrahl 3 aufgeschmolzene Teil des Werkstückes 26 mit einem schwachen Strom des Bearbeitungsgases 32 bedeckt und erstarrt wieder, während seine Oxidation verhindert wird, wodurch eine Schweißstelle 33 im Werkstück 26 gebildet wird. Das Werkstück 26 wird durch die Bewegungsvor­ richtung 27 bewegt, und auf diese Weise wird ein vorbestimmter Schweißvorgang ausgeführt.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 ein Härtungsvor­ gang unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach dieser Ausführungsform beschrieben.

Beim Härten wird der Bearbeitungskopfhalter 19 so angetrieben, daß der Laserstrahl 3 mit dem Bearbeitungskopf zum Härten 7, der durch den Bearbeitungskopfhalter 19 gehalten ist, ausge­ richtet ist und längs dessen Achse verläuft. Das heißt, der Bearbeitungskopf zum Härten 7 wird durch den Bearbeitungskopf­ halter 19 bewegt. Der Bearbeitungskopfhalter 19 wird angetrie­ ben, indem die Bearbeitungskopf-Antriebseinheit 21 durch die Steuereinrichtung 25 gesteuert wird.

Der Laserstrahl 3, der auf den Bearbeitungskopf zum Härten 7 auftrifft, durchläuft die Kondensorlinse 16 und wird durch diese Linse fokussiert. Der konvergente Laserstrahl 3 trifft dann auf das Kaleidoskop 17 auf. Der Laserstrahl 3 wird innerhalb des Kaleidoskops 17 mehrfachen Reflexionen ausge­ setzt, so daß die Energieverteilung des Laserstrahles 3 ge­ genüber derjenigen beim Schneiden oder Schweißen über eine größere Breite gleichförmig wird. Der Laserstrahl 3 wird dann nach Durchgang durch die Kondensorlinse 18 für den austretenden Laserstrahl auf das Werkstück 26 eingestrahlt. Ein Laserstrahl- Absorptionsmittel 34 vom Graphit-Typ ist auf die Oberfläche des Werkstückes 26 aufgebracht, um den Laserstrahl 3 wirksam zu absorbieren. Nachdem das Werkstück 26 durch den eingestrahlten Laserstrahl 3 schnell aufgeheizt wurde und eine Härtungstem­ peratur erreicht hat, wird das Werkstück 26 infolge seiner eigenen Wärmeleitung schnell abgekühlt. Im Ergebnis dessen bildet der Laserstrahl 3 einen gehärteten Abschnitt 25 im Werkstück 26. Das Werkstück 26 wird durch die Bewegungsvorrich­ tung 27 bewegt, und auf diese Weise wird ein vorbestimmter Härtungsvorgang ausgeführt.

Wie oben erwähnt, kann die Laserbearbeitungsvorrichtung ent­ sprechend der Erfindung, da die Laserbearbeitungsvorrichtung zum Ausführen einer thermischen Bearbeitung wie Schneiden, Schweißen und Erhitzen jeweils mit einem optimalen Bearbei­ tungskopf in der Lage ist, ein Werkstück hoher Qualität erzeugen. Darüber hinaus kann mit der Laserstrahlbearbeitungs­ vorrichtung entsprechend der Erfindung, da es keine Notwendig­ keit zum manuellen Austausch der Bearbeitungsköpfe gibt, die Produktionseffizienz erhöht werden. Weiter können sowohl die Bearbeitungsköpfe als auch das Werkstück bewegt werden, wodurch die Abmessungen der Laserbearbeitungsvorrichtung verringert werden.

Für die Härtungsarbeit kann anstelle des Kaleidoskops ein Polygonspiegel verwendet werden, der im Inneren des Bearbeitungskopfes fest angebracht ist, um die Energie des Laserstrahls 3 gleichförmig zu verteilen.

Darüber hinaus kann die Bearbeitungskopf-Antriebseinheit eine Hydraulik- oder Pneumatikeinrichtung - etwa einen Pneumatik­ zylinder - enthalten. Weiterhin kann ein beliebiger Typ von Bearbeitungskopf verwendet werden.

Beispielsweise können - wie in Fig. 11 gezeigt - die Bearbei­ tungsköpfe 8 durch einen fest am Gestell 2 angeordneten Pneu­ matikzylinder 230 bewegt werden. Eine Kolbenstange 235 des Pneumatikzylinders 230 ist mit der rechten Seite des Bearbei­ tungskopfhalters 19 verbunden. Wenn eine Steuereinrichtung 225 den Pneumatikzylinder 230 so steuert, daß die Kolbenstange 235 aus dem Zylinder herauskommt, wird der Bearbeitungskopf für Schneidarbeiten 5 in die Bearbeitungsposition bewegt. Wenn die Steuereinrichtung 225 den Pneumatikzylinder 230 so steuert, daß die Kolbenstange 235 zurückgezogen wird, wird der Bearbeitungs­ kopf für Schweißarbeiten 6 in die Bearbeitungsposition verschoben.

Claims (10)

1. Laserbearbeitungsvorrichtung mit:
einer Laserstrahlerzeugungsvorrichtung (1) zum Erzeugen eines Laserstrahles (3),
einer Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen (5, 6, 7) zum Auf­ bringen des Laserstrahles (3) auf ein Werkstück (26),
einer Befestigungsvorrichtung (19) zum Befestigen der Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen (5, 6, 7),
einer Halteeinrichtung (20) zum bewegbaren Halten der Be­ festigungsvorrichtung (19), gekennzeichnet durch eine Re­ ferenzpositions-Bestimmungseinrichtung (95) zum Bestimmen einer Referenzposition der Befestigungsvorrichtung (19).

2. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit
einer Antriebseinrichtung (21) zum Bewegen der Befesti­ gungsvorrichtung (19) und
einer Steuereinrichtung (25) zum Steuern der Antriebsein­ richtung (21) zum Positionieren von einem der Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen (5, 6, 7) in einer Bearbeitungspositi­ on, wo der durch die Laserstrahlerzeugungsvorrichtung (1) erzeugte Laserstrahl (3) zu einem der Mehrzahl der Bear­ beitungsköpfe (5, 6, 7) gelenkt wird.

3. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der jeder der Bearbeitungsköpfe (5, 6, 7) mindestens ein optisches Element (9; 12, 13; 16, 17) aufweist, wobei das mindestens eine optische Element jedes Bearbei­ tungskopfes von einem anderen Typ als das mindestens eine optische Element des anderen Bearbeitungskopfes ist.

4. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Werkstückbewegungsvor­ richtung (27) zum Bewegen des Werkstückes (26) relativ zum Bearbeitungskopf (5, 6, 7), der durch die Antriebseinrich­ tung (21) in der Bearbeitungsposition positioniert ist.

5. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Werkstückbewegungsvorrichtung (27) eine Einrichtung (90, 92) zum Bewegen des Werkstückes (26) in zwei zueinander senkrechten Richtungen aufweist.

6. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung eine Vorrichtung (24) zum bewegbaren Halten der Befesti­ gungsvorrichtung (19) für eine geradlinige Bewegung auf­ weist.

7. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (21) ein drehba­ res Zahnrad (23) sowie eine an der Befestigungsvorrichtung (19) befestigte Zahnstange (24), in die das drehbare Zahn­ rad (23) eingreifen kann, aufweist.

8. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (21) einen Schrittmotor (22) zum Antreiben des drehbaren Zahnrades (23) aufweist, und daß die Steuereinrichtung (25) eine Speichereinrichtung zum Speichern der Ansteuerimpulszah­ len, die für den Schrittmotor (22) benötigt werden, um je­ den der Bearbeitungsköpfe (5, 6, 7) von der Referenzposi­ tion in die Bearbeitungsposition zu bringen, aufweist.

9. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (21) ei­ nen Fluidzylinder (230) zum Antreiben der Befestigungsvor­ richtung (19) aufweist.

10. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Bear­ beitungsköpfe (5, 6, 7) einen Schneidkopf (5), einen Schweißkopf (6) und einen Wärmebehandlungskopf (7) ein­ schließt.