ES2241416B1 - Dispositivo para la mecanizacion de piezas de trabajo extendidas tridimensionales por medio de laser. - Google Patents
Dispositivo para la mecanizacion de piezas de trabajo extendidas tridimensionales por medio de laser. Download PDFInfo
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Abstract
Dispositivo para 1a mecanización de piezas de trabajo por medio de láser (1), especialmente para cortar, perforar, rayar, grabar, taladrar y rotular piezas de trabajo con estructuras tridimensionales de diferentes tamaños. La radiación láser es dirigida sobre un brazo articulado de espejo (3) guiado por robot y un escáner de láser (4) sobre la pieza de trabajo fijada sobre una instalación de retención (8). En este caso, la radiación láser es conducida a través de la desviación coordinada controlada en el tiempo y en la posición del brazo articulado de espejo (3) y de los elementos de espejo del escáner de láser (4).
Description
Dispositivo para la mecanización de piezas de
trabajo extendidas tridimensionalmente por medio de láser.
La invención se refiere a un dispositivo para la
mecanización de piezas de trabajo por medio de láser, especialmente
para cortar, perforar, rayar, grabar, taladrar y rotular piezas de
trabajo con estructuras tridimensionales de diferente tamaño. Se
puede utilizar con ventaja también para erosionar capas de tales
piezas de trabajo.
Los dispositivos para la mecanización de una
pieza de trabajo por medio de láser están constituidos
fundamentalmente por un láser, una instalación para la conducción
de la radiación láser hacia la pieza de trabajo y una instalación
para la retención de la pieza de trabajo. Para procedimientos, en
los que debe realizarse un movimiento relativo (avance) entre la
radiación láser como herramienta y la pieza de trabajo (por ejemplo,
corte, perforación, erosión), este movimiento relativo es realizado
habitualmente por medio de la instalación para la conducción de la
radiación láser, mientras que la pieza de trabajo está retenida
estacionaria.
Para la conducción de la radiación láser hacia
la superficie de la pieza de trabajo estacionaria, se conocen
diferentes principios básicos para tales instalaciones.
Especialmente para la mecanización de piezas de
trabajo de superficie grande se conocen dispositivos, en los que la
cabeza láser, que enfoca el rayo láser, puede ser movida por medio
de un pórtico libremente en un plano paralelamente a la superficie
de la pieza de trabajo. La radiación láser llega desde el láser
hacia la cabeza láser a través de un brazo articulado de espejo. La
ventaja consiste en que un pórtico de este tipo, dimensionado
correspondientemente grande, puede conducir el rayo láser sobre
superficies de piezas de trabajo también muy grandes. Es un
inconveniente la alta necesidad de espacio, la velocidad limitada de
procesamiento, especialmente en el cambio de cambio frecuente de la
dirección de mecanización así como la aplicabilidad exclusiva para
superficies lisas de piezas de trabajo.
De la misma manera, para la mecanización de
superficies de piezas de trabajo grandes, se conocen dispositivos,
en los que una cabeza láser está montada en un brazo de robot que
se puede mover libremente en el espacio. También aquí la radiación
láser es conducida por medio de un brazo articulado de espejo hacia
la cabeza láser. El tamaño de la superficie de la pieza de trabajo a
procesar solamente está limitado por el espacio libre de movimiento
del brazo del robot y del brazo articulado del espejo. La inercia
de la mecánica del brazo del robot y del brazo articulado del espeso
permite también aquí sólo una velocidad limitada de
mecanización.
Para ambas soluciones descritas se conoce montar
en la cabeza láser una tobera de gas, a través de la cual se dirige
una corriente de gas sobre la superficie a mecanizar, para evitar
formaciones de llamas, que conducen a deposiciones de hollín no
deseada, o bien para evitar la deposición de una colada de material
resultante. Puesto que la radiación láser abandona la cabeza láser
en una dirección definida fija y es conducida a una distancia
definida sobre la superficie de la pieza de trabajo, la tobera de
gas está montada en un ángulo fijo con respecto a la radiación láser
en la cabeza láser, de manera que la radiación láser y el chorro de
gas que sale desde la tobera de gas están dirigidos siempre sobre el
mismo punto sobre la superficie de la herramienta.
Para la mecanización de superficies lisas
pequeñas se conoce el empleo de unidades de desviación del rayo
óptico, o llamadas también escáner de láser. La conducción del rayo
se realiza a través del basculamiento de espejos.
La ventaja consiste en la velocidad alta
alcanzable y en la precisión exacta de la desviación del rayo. Es
un inconveniente la región espacial sólo reducida que puede ser
barrida por el rayo láser. No se conoce la combinación de tales
dispositivos con una alimentación de gas hacia el lugar de
procesamiento.
Para dispositivos, en los que deben mecanizarse
piezas de trabajo con superficies grandes extendidas
tridimensionales con láser, solamente se aplican en el estado de la
técnica soluciones, en las que la radiación láser es conducida por
medio de un brazo articulado de espejo, fijado en un brazo de robot,
a lo largo de la línea de mecanización deseada sobre la superficie
de la pieza de trabajo.
El cometido de la invención es crear un
dispositivo para la mecanización de superficies de piezas de
trabajo extendidas tridimensionales por medio de láser, en el que
una circulación de gas está dirigida sobre el lugar de mecanización
y que permite una velocidad de procesamiento más rápida frente a los
dispositivos convencionales independientemente de la dilatación y
del desarrollo de la línea de mecanización.
Este cometido se soluciona para un dispositivo
según la invención de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación
de protección 1, porque está presente un escáner de láser 4, que
está fijado en el brazo de robot 2 y está conectado con el brazo
articulado de espejo 3, de tal forma que la radiación que sale
desde el segundo extremo del brazo articulado de espejo 3 es
acoplada en el escáner de láser 4 y las toberas de gas 7 están
dispuestas móviles en el escáner de láser 4, de tal forma que se
pueden alinear, a través de un accionamiento 6 de toberas de gas,
que está en comunicación con la unidad de control 5, sobre la
superficie de la pieza de trabajo, para que la circulación de gas y
la radiación que sale desde el escáner de láser 4 sobre una
superficie de salida, coincidan en un punto sobre la superficie de
la pieza de traba-
jo.
jo.
En las reivindicaciones dependientes se indican
otras formas de realización.
A continuación se explica en detalle la
invención en un ejemplo de realización con la ayuda de un dibujo.
En éste:
La figura 1 muestra un esbozo de principio de
una forma de realización de un dispositivo.
El dispositivo representado en la figura 1
comprende esencialmente un láser 1 montado estacionario, un brazo
de robot 2, que está fijado en un robot representado aquí sólo como
cojinete fijo, un brazo articulado de espejo 3, un escáner de láser
4, una instalación de control 5, un accionamiento 6 de las toberas
de gas, al menos una tobera de gas 7 y una instalación de retención
8.
De los enlaces representados de los medios entre
sí, las líneas continuas gruesas representan conexiones mecánicas,
las líneas finas de puntos individuales representan conexiones
técnicas de señales y las líneas de puntos múltiples representan
conexiones
ópticas.
ópticas.
El láser 1 dispuesto estacionario está conectado
mecánica y ópticamente con el primer extremo del brazo articulado de
espejo 3, cuyo segundo extremo está en conexión fija con el extremo
libre del brazo de robot 2, cuyo dicho segundo extremo del brazo
articulado de espejo 3, a través del cual la radiación acoplada por
el láser 1 abandona el brazo articulado de espejo 3, se puede mover
de esta manera libremente en el espacio. En el extremo libre del
brazo de robot 2 está montado igualmente un escáner de láser 4, que
está acoplado óptica y mecánicamente fijo en el lado de entrada con
el segundo extremo del brazo articulado de espejo 3. En el escáner
de láser 4 están fijados el accionamiento 6 de toberas de gas y al
menos una tobera de gas 7. El láser 1, el brazo de robot 2, el
escáner de láser 4, y el accionamiento 6 de toberas de gas están
acoplados según la técnica de control a través de una línea de
señales con la instalación de
control 5.
control 5.
La radiación que se emite desde el láser 1 es
acoplada en el primer extremo del brazo articulado de espejo 3 y
abandona el brazo articulado de espejo (3) a través del segundo
extremo, por un punto determinado por la posición espacial del
extremo libre del brazo de rotor (2) dentro del espacio por encima
de una pieza de trabajo fijada sobre la instalación de retención
(8). Con el abandono del brazo articulado de espejo (3) se acopla
la radiación en el escáner de láser (4), de manera que la radiación
se puede desviar, por medio de elementos de espejo, alrededor del
punto mencionado, en dos o tres direcciones espaciales. A través de
una activación coordinada del brazo articulado de espejo 3 y de los
elementos de espejo del escáner de láser 4 en su posición espacial y
velocidad se realiza la conducción de la radiación deseada para la
mecanización de la pieza de trabajo. La posición del rayo, al
incidir sobre la superficie de la pieza de trabajo, está determinada
de esta manera a través de una superposición coordinada de las
conducciones de los rayos en el brazo articulado de espejo (3) y en
el escáner de láser (4). La conducción del rayo en un brazo
articulado de espejo (3) así como en un escáner de láser (4) es
conocida en particular por el técnico. La tobera de gas 7 está
montada de forma móvil en el escáner de láser 4 y es seguida a
través del accionamiento 6 de la tobera de gas por la radiación
láser, de manera que la dirección de la circulación de la corriente
de gas y la radiación láser sobre la superficie de la pieza de
trabajo se cortan en el lugar de mecanización respectivo. De manera
ventajosa, están montadas varias toberas de gas 7 alrededor de la
superficie de salida de la radiación láser en el escáner de láser 4.
Por ejemplo, en un escáner de láser 4 configurado habitualmente
cuadrado alrededor de la superficie de salida, las toberas de gas 7
pueden estar montadas, respectivamente, en una de las cuatro
esquinas del escáner de láser. También pueden estar dispuestas más
de cuatro toberas en forma anillo alrededor de la superficie
de salida.
de salida.
El enlace según la invención de un brazo
articulado de espejo 3 y de un escáner de láser 4 con un
accionamiento 6 de toberas de gas así como con toberas de gas 7
posibilita, a través de su activación simultánea o alternativa
coordinada, una alimentación optimizada de la radiación láser y de
la circulación de gas hacia el lugar de mecanización, que depende
del tamaño y de la forma de la pieza de trabajo así como del tamaño
y del contorno de la superficie de mecanización (por ejemplo,
durante la erosión) o bien de la línea de mecanización (por ejemplo,
durante el corte o perforación).
Cuantas más toberas de gas 7 estén dispuestas
centradas distribuidas alrededor de la superficie de salida, tanto
más uniformemente incide la corriente de gas sobre el lugar de
mecanización.
En principio, un dispositivo según la invención
puede ser accionado en tres regímenes de mecanización.
- 1.
- El brazo del robot 2 mueve el escáner de láser 4 hacia una primera posición de mecanización y permanece inmóvil durante la mecanización. La superficie de mecanización o bien la línea de mecanización es mecanizada solamente a través de la activación o desviación del espejo en el escáner de láser 4. En este caso, las toberas de gas 7 son desviada a través del accionamiento 6 de toberas de gas de tal manera que la corriente de gas está dirigida sobre el lugar de mecanización, es decir, sobre el punto, sobre el que incide también precisamente la radiación láser.
- A continuación, el brazo de robot 2 mueve el escáner de láser 4 hacia una segunda posición de procesamiento, donde se repite el ciclo de mecanización, el modo llamado "stop and go". Durante la mecanización, la conducción del rayo sobre la superficie de la pieza de trabajo se realiza exclusivamente por medio del escáner de láser 4. Una operación de este tipo es ventajosa, por ejemplo, para el corte de contornos perforados.
- 2.
- El escáner de láser 4 es movido por el brazo de robot 2 de forma continua sobre la superficie de la pieza de trabajo, donde el escáner de láser 4 desvía la radiación adicionalmente en una, dos o tres direcciones, el modo llamado "flying motion". Durante la mecanización se lleva a cabo de esta manera la conducción del rayo a través de una desviación coordinada controlada en el tiempo y en la posición del brazo articulado de espejo 3 y de los elementos de espejo del escáner de láser 4. En este caso, la conducción espacial (contorno de mecanización) y la conducción temporal (velocidad de mecanización) de la radiación láser del rayo láser movido a través del escáner láser 4 son controladas de acuerdo con la velocidad de movimiento del brazo de rotor 2, que guía al brazo articulado de espejo 3.
- Este régimen de mecanización es especialmente adecuado para líneas de mecanización más largas, que se desvía de una recta, por ejemplo una línea sinusoidal.
- 3.
- El brazo del rotor 2 es guiado de forma continua sobre la superficie de la pieza de trabajo y el escáner de láser 4 mantiene el rayo en reposo, el modo llamado "motionless". La conducción del rayo se realiza exclusivamente a través del brazo del robot 2.
- Este régimen está previsto especialmente para la mecanización de contornos muy largos y grandes.
Frente a un dispositivo solamente con un brazo
de robot para la conducción del rayo, con el dispositivo según la
invención se pueden generar, por ejemplo, círculos de 10 mm de
diámetro, en lugar de con una velocidad de 1 s, con una velocidad
de sólo 10 ms. Se pueden mecanizar rectángulos con las
medidas
exteriores 10 mm x 10 mm en sólo 40 ms en lugar de 1,3 s.
exteriores 10 mm x 10 mm en sólo 40 ms en lugar de 1,3 s.
| 1 | Láser |
| 2 | Brazo de robot |
| 3 | Brazo articulado de espejo |
| 4 | Escáner de láser |
| 5 | Instalación de control |
| 6 | Accionamiento de toberas de gas |
| 7 | Toberas de gas |
| 8 | Instalación de retención |
Claims (5)
1. Dispositivo para la mecanización de
superficies de piezas de trabajo extendidas tridimensionales por
medio de láser con un láser estacionario (1), un brazo articulado
de espejo (3), en cuyo primer extremo se acopla la radiación del
láser (1), un brazo de robot (2) conectado con un robot para la
conducción del segundo extremo del brazo articulado de espejo (3),
una instalación de retención (8) para la fijación de una pieza de
trabajo, al menos una tobera de gas (7), por medio de la cual una
circulación de gas está dirigida sobre la superficie de la pieza de
trabajo y una instalación de control (5) para la activación del
láser (1) y del brazo de robot (2), caracterizado porque está
presente un escáner de láser (4), que está fijado en el brazo de
robot (2) y está conectado con el brazo articulado de espejo (3) de
tal forma que la radiación que sale desde el segundo extremo del
brazo articulado de espejo (3) es acoplada en el escáner de láser
(4) y las toberas de gas (7) están dispuestas móviles en el escáner
de láser (4), de tal forma que se pueden alinear, a través de un
accionamiento (6) de toberas de gas, que está en comunicación con la
unidad de control (5), sobre la superficie de la pieza de trabajo,
para que la circulación de gas y la radiación que sale desde el
escáner de láser (4) sobre una superficie de salida, coincidan en un
punto sobre la superficie de la pieza de trabajo.
2. Dispositivo para la mecanización de
superficies de piezas de trabajo extendidas tridimensionales por
medio de láser según la reivindicación 1, caracterizado
porque las toberas de gas (7) están dispuestas alrededor de la
superficie de salida, concéntricamente a ésta.
3. Dispositivo para la mecanización de
superficies de piezas de trabajo extendidas tridimensionales por
medio de láser según la reivindicación 2, caracterizado
porque las toberas de gas (7) están dispuestas en forma de
anillo.
4. Dispositivo para la mecanización de
superficies de piezas de trabajo extendidas tridimensionales por
medio de láser según la reivindicación 2, caracterizado
porque una tobera de gas (7) respectiva está dispuesta en una
esquina de un escáner de láser (4) configurado cuadrado alrededor de
la superficie de salida.
5. Dispositivo para la mecanización de
superficies de piezas de trabajo extendidas tridimensionales por
medio de láser según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el contorno de mecanización y la
velocidad de mecanización de la radiación láser movida a través del
escáner de láser (4) son controlados de acuerdo con la velocidad de
movimiento del brazo de robot (2).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20051016 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2241416B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20161214 |