WO1995025614A1 - Vorrichtung zur bearbeitung von werkstücken - Google Patents

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WO1995025614A1
WO1995025614A1 PCT/DE1995/000392 DE9500392W WO9525614A1 WO 1995025614 A1 WO1995025614 A1 WO 1995025614A1 DE 9500392 W DE9500392 W DE 9500392W WO 9525614 A1 WO9525614 A1 WO 9525614A1
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shaft
shafts
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guide plate
laser head
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Inventor
Herbert Viehhauser
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Precitec Gmbh
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
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    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece

Definitions

  • the present invention relates to a device for machining workpieces, in particular for cutting or welding with laser radiation, a laser head emitting the laser radiation being fastened to a guide plate which is guided over the workpiece via a controllable holder in accordance with the cutting or welding movement to be carried out.
  • Cutting or welding processes using laser radiation are used in particular when clean cutting edges or weld seams have to be produced with precise control.
  • the laser head is guided at a distance over the workpiece to be machined, into which, for example, circular cutouts are to be machined.
  • the laser head is attached to a holder, which has, for example, a guide plate which is guided in a plane parallel to the workpiece, usually the horizontal plane, with the aid of two motors, the axes of action of which are perpendicular to one another, so that the two of them overlap Motors outgoing displacement movements the corresponding machining of the workpiece takes place.
  • the object of the present invention is to provide a device for machining workpieces in which the requirements for the suspension of the guide plate carrying the laser head and for the associated control for carrying out the specified machining movements are considerably simplified and their susceptibility to malfunction is reduced.
  • the device according to the invention offers the advantage of considerably simplifying the requirements for the holder and for the control arrangement; a single motor is sufficient to execute a rotary movement of the adjustable holder for the laser head, so that the path of the laser beam striking the workpiece can be changed while a cutting or welding process is being carried out.
  • the robust connection between the two shafts, ie between the guide plate for the laser head and the height-adjustable socket on the support column, ensures a long service life.
  • FIG. 1 schematically shows a side view of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the device shown in FIG. 1 rotated by 90 °
  • Figure 3 shows the device of Figure 1 in a particular
  • Figure 4 is a plan view of the invention
  • Figures 5 a and b an inventive device of different dimensions in two different
  • a device according to the invention is schematically shown, which is used to hold a (not shown) laser head, with which in particular circular cutouts are made in a workpiece, for example a sheet metal should.
  • 8 with a support column is designated, which is fixedly arranged in a frame 15 and on which a socket 7 is arranged, which can be raised or lowered according to the double arrow F.
  • a first flange 9, in which a shaft 1 is rotatably mounted, is fixedly connected to the bushing 7.
  • the shaft 1 is connected to a rotary drive (not shown), for example an electric motor.
  • a second shaft 3 is provided below the shaft 1 and at a distance from it, which can slide on the underside of the housing 15 in a horizontal direction.
  • the shaft is fixedly connected to a guide plate 4, on which the laser head, not shown, is attached at a suitable location, so that it can emit a laser beam parallel to the axis 11 of the shaft 3 in the direction of a workpiece arranged below the guide plate 4, in which, for example circular recesses are to be cut out.
  • the rotation of the shaft 3 about the axis 11 is indicated by the three-quarter circle denoted by f.
  • a connecting piece 2 is now provided according to a first embodiment of the invention, the upper end of which is articulated to the shaft 1 via an essentially horizontal axis, while its lower end is connected to the shaft 3 via a likewise substantially horizontal axis 13 running parallel to axis 12 is connected.
  • the connecting web 2 is advantageously arranged such that, in the position shown in FIG. 1, in which the two shafts 1, 2 are as far apart as possible, the connecting web 2 forms an acute angle with the two axes 10, 11 of the corresponding shafts 1, 3 includes.
  • Figure 2 the same device as shown in Figure 1, with a 90 ° rotated view of the web 2.
  • the connecting web 2 between the two shafts 1 and 3 is made of a rigid material, so that when the Bushing 7 on the support column 8 (the lowering can be done electrically, hydraulically, pneumatically or manually) together with the flange 9 fixedly connected to the bushing 7 and the shaft 1 rotatably mounted in the flange 9, the shaft 1 is displaced essentially horizontally, due to the articulated connection by means of the connecting web 2 between the shafts 1 and 3 and a correspondingly horizontal guidance of the shaft 3 on the housing 15.
  • FIG. 3 shows the device according to the invention according to FIG. 1 in the position in which the two shafts 1 and have the greatest possible proximity to one another, so that the connecting web 2 is oriented essentially horizontally.
  • FIG. 4 shows a plan view of the device, with 14, 14 'indicating two circles, which are obtained on the one hand by the rotational movement of the shafts 1, 2 about their corresponding axes 10, their radii being caused by the transverse displacement of the guide plate 4 by lowering the shaft 1 using the flange 9 and Socket 7 takes place.
  • 6 is the Y axis, along which the displacement of the guide plate 4 takes place.
  • FIG. 5 shows a second exemplary embodiment of a holder according to the invention, the dimensions of both the shafts 1 and 3 and the connecting web 2 being chosen such that the two axes 10, 11 of the associated shafts 1 are as close as possible to one another (FIG. 5a), 3 coincide, while the greatest possible distance between the two shafts 1, 3, the associated axes 10, 11 have the greatest possible offset from each other.
  • Such an embodiment is particularly advantageous when very small openings are to be cut out in a circle, since the two axes of rotation 10, 11 coincide at the beginning of the cutting process.
  • FIGS. 6 and 7 show a second exemplary embodiment according to the invention, in which the web is no longer articulated on the two shafts 1, 3, but is fixed and rigidly connected to them in such a way that it encloses an angle with the associated axes 10, 11 of the shafts .
  • Such a connection between the two shafts offers the advantage that the transverse displacement of the shaft connected to the guide plate corresponds exactly to the lifting and lowering movement of the shaft connected to the bushing.
  • Both web parts 2'a and 2'b can slide along each other and thus bring about a continuous adjustment of the offset between the two axes 10, 11.

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Abstract

Die Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines Laserkopfes weist eine Halterung auf, die aus einer ersten Welle besteht, die drehbar an einer heb- und senkbar angeordneten Buchse befestigt ist, und einer zweiten, unterhalb der ersten Welle angeordneten Welle, wobei die beiden Wellen mittels eines Verbindungssteges miteinander verbunden sind, dessen beide Enden gelenkig mit den beiden Wellen verbunden sind oder der längenveränderlich ist.

Description

Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Schneiden oder Schweißen mit Laserstrahlung, wobei ein die Laserstrahlung aussendender Laserkopf an einer Führungsplatte befestigt ist, die über eine steuerbare Halterung entsprechend der auszuführenden Schneid- oder Schweißbewegung über das Werkstück geführt wird.
Schneid- oder Schweißvorgänge mittels Laserstrahlung werden insbesondere dann verwendet, wenn saubere Schneidkanten bzw. Schweißnähte bei präziser Ansteuerung hergestellt werden müssen. Üblicherweise wird dabei der Laserkopf im Abstand über das zu bearbeitende Werkstück geführt, in welches beispielsweise kreisförmige Aussparungen eingearbeitet werden sollen. Der Laserkopf ist dabei an einer Halterung befestigt, die beispielsweise eine Führungsplatte aufweist, die in einer zum Werkstück parallelen Ebene, meistens der waagrechten Ebene, mit Hilfe zweier Motoren geführt wird, deren Wirkungsachsen senkrecht aufeinander stehen, so daß durch die Überlagerung der beiden von den Motoren ausgehenden Verschiebebewegungen die entsprechende Bearbeitung des Werkstücks erfolgt. Die exakte Ansteuerung sowohl in elektronischer als auch in mechanischer Hinsicht der mit dem Laserkopf verbundenen
Führungsplatte ist aufwendig und störanfällig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken zu schaffen, bei der die Anforderungen an die Aufhängung der den Laserkopf tragenden Führungsplatte und an die damit verbundene Steuerung zur Durchführung der vorgegebenen Bearbeitungsbewegungen erheblich vereinfacht ist und deren Störanfälligkeit verringert ist.
Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil der Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil einer erheblichen Vereinfachung der Anforderungen an die Halterung und an die Steueranordnung; ein einziger Motor genügt zur Ausführung einer Drehbewegung der verstellbaren Halterung für den Laserkopf, so daß während der Durchführung eines Schneid- bzw. Schweißvorganges die Bahn des auf dem Werkstück auftreffenden Laserstrahls verändert werden kann. Die robuste Verbindung zwischen den beiden Wellen, d.h. zwischen der Führungsplatte für den Laserkopf und der höhenverstellbaren Buchse an der Tragsäule gewährleistet eine lange Lebensdauer. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung naner erläutert, in er zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 schematisch eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 eine um 90° verdrehte schematische Seitenansicht der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung,
Figur 3 die Vorrichtung nach Figur 1 in einer bestimmten
Arbeitsstellung,
Figur 4 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße
Vorrichtung,
Figuren 5 a und b eine erfindungsgemäße Vorrichtung unterschiedlicher Abmessungen in zwei verschiedenen
Arbeitsstellungen und
Figuren 6 und 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel
In den Figuren 1 bis 4, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die zur Halterung eines (nicht dargestellten) Laserkopfes dient, mit dem insbesondere kreisförmige Ausschnitte in einem Werkstück, beispielsweise einem Blech, hergestellt werden sollen. Mit 8 ist eine Tragsäule bezeichnet, die in einem Gestell 15 fest angeordnet ist und an der eine Buchse 7 angeordnet ist, die gemäß dem Doppelpfeil F anhebbar bzw. absenkbar ist. Fest verbunden mit der Buchse 7 ist ein erster Flansch 9, in dem eine Welle 1 drehbar gelagert ist. Die Welle 1 ist dabei mit einem (nicht dargestellten) Drehantrieb verbunden, beispielsweise einem Elektromotor. Am Gehäuse 15 ist unterhalb der Welle 1 und in einem Abstand zu ihr eine zweite Welle 3 vorgesehen, die an der Unterseite des Gehäuses 15 in waagrechter Richtung gleiten kann. Die Welle ist fest mit einer Führungsplatte 4 verbunden, an der der nicht dargestellte Laserkopf an einer geeigneten Stelle befestigt ist, so daß er einen Laserstrahl parallel zur Achse 11 der Welle 3 in Richtung eines unterhalb der Führungsplatte 4 angeordneten Werkstücks aussenden kann, in dem z.B. kreisförmige Aussparungen herausgeschnittten werden sollen. Die Drehung der Welle 3 um die Achse 11 ist dabei durch den mit f bezeichneten Dreiviertelkreis angedeutet.
Zwischen den beiden Wellen 1 und 3 ist nun gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ein Verbindungsstück 2 vorgesehen, dessen oberes Ende mit der Welle 1 über eine im wesentlichen waagrecht verlaufende Achse gelenkig verbunden ist, während sein unteres Ende mit der Welle 3 über eine ebenfalls im wesentlichen waagrechte, parallel zur Achse 12 verlaufende Achse 13, verbunden ist.
Vorteilhafterweise ist der Verbindungssteg 2 derart angeordnet, daß bei der in Figur 1 dargestellten Stellung, in der die beiden Wellen 1, 2 den größtmöglichen Abstand voneiander aufweisen, der Verbindungssteg 2 einen spitzen Winkel mit den beiden Achsen 10, 11 der entsprechenden Wellen 1, 3 einschließt. In Figur 2 ist die gleiche Vorrichtung wie in Figur 1 dargestellt, mit einer um 90° verdrehten Ansicht des Steges 2. Man erkennt, daß der Verbindungssteg 2 zwischen den beiden Wellen 1 und 3 aus einem steifen Material gefertigt ist, so daß bei Absenken der Buchse 7 an der Tragsäule 8 (wobei die Absenkung elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder manuell geschehen kann) samt dem fest mit der Buchse 7 verbundenen Flansch 9 und der drehbar im Flansch 9 gelagerten Welle 1, eine im wesentlichen waagrechte Verschiebung der Welle 1 erfolgt, aufgrund der gelenkigen Verbindung mittels des Verbindungssteges 2 zwischen den Wellen 1 und 3 und einer entsprechend waagrechten Führung der Welle 3 am Gehäuse 15.
Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Figur 1 in derjenigen Stellung, in der die beiden Wellen 1 und die größtmögliche Annäherung aneinander aufweisen, so daß der Verbindungssteg 2 im wesentlichen waagrecht ausgerichtet ist. Dadurch ist eine seitliche Verschiebung der Führungsplatte 4 samt dem an ihr befestigten Laserkopf erfolgt, entsprechend einer Vergrößerung des Radius einer kreiförmigen Aussparung im Werkstück.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung, wobei mit 14, 14' zwei Kreise angedeutet sind, die zum einen durch die Drehbewegung der Wellen 1, 2 um ihre entsprechenden Achsen 10 erhalten werden, wobei ihre Radien durch die Querverschiebung der Führungsplatte 4 durch Absenken der Welle 1 mit Hilfe des Flansches 9 und der Buchse 7 erfolgt. Mit 6 ist dabei die Y-Achse bezeichnet, entlang derer die Verschiebung der Führungsplatte 4 erfolgt.
Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Halterung gemäß der Erfindung, wobei die Abmessungen sowohl der Wellen 1 und 3 als auch des Verbindungssteges 2 derart gewählt sind, daß bei größtmöglicher Annäherung aneinander (Figur 5a) die beiden Achsen 10, 11 der zugehörigen Wellen 1, 3 zusammenfallen, während bei größtmöglicher Entfernung voneinander der beiden Wellen 1, 3 die zugehörigen Achsen 10, 11 einen größtmöglichen Versatz zueinander aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft wenn sehr kleine Öffnungen in einem Kreis ausgeschnitten werden sollen, da hierbei zu Beginn der Schneidvorgangs die beiden Drehachsen 10, 11 zusammenfallen. Eine langsame Vergrößerung des Abstandes der beiden Wellen 1, 2 voneinander durch eine Hubbewegung der Buchse 7 an der Tragsäule 8 und damit des Flansches 9 bewirkt eine langsame Vergrößerung des Radius der auszuschneiden Öffnung im Werkstück durch präzises seitliches Verschieben der unteren Welle 3 mittels des Verbindungssteges 2.
Figuren 6 und 7 zeigen ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem der Steg nicht mehr an den beiden Wellen 1, 3 angelenkt ist, sondern fest und steif mit ihnen derart verbunden ist, daß er einen Winkel mit den zugehörigen Achsen 10, 11 der Wellen einschließt. Zur Veränderung des Radius einer kreisförmigen, im Werkstück herzustellenden Öffnung, wird nun eine Veränderung der
Länge des Stegs 2' vorgenommen. Dieser ist in zwei Teile 2'a, 2 'b unterteilt, die entweder in eine Hülse 16 eingreifen, und in dieser parallel geführt und gegenenenfalls festgestellt werden können oder aber in Form zweier Halbschlitten ausgeführt sind, die z.B. durch Schwalbenschwanzförmige Längsvorsprünge, die in entsprechend ausgestattete Längsnuten eingreifen, parallel zueinander verschiebbar sind; Kugel- oder Rollenlager verringern die Reibung zwischen ihnen. Eine derart ausgestattete Verbindung zwischen den beiden Wellen bietet den Vorteil, daß die Querverschiebung der mit der Führungsplatte verbundenen Welle exakt der Hub- und Senkbewegung der mit der Buchse verbundenen Welle entspricht. Beide Stegteile 2'a und 2 'b können aneinander entlanggleiten und so eine stufenlose Verstellung des Versatzes zwischen den beiden Achsen 10, 11 herbeiführen.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Schneiden oder Schweißen mittels
Laserstrahlung, wobei ein die Laserstrahlung aussendender Laserkopf an einer Führungsplatte befestigt ist, die über eine steuerbare Halterung entsprechend der auszuführenden Schneid- oder
Schweißbewegung über das Werkstück geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einer
Buchse (7) besteht, die in senkrechter Richtung verschiebbar und feststellbar an einer Tragsäule (8) angeordnet ist, aus einem fest mit der Buchse verbundenen Flansch (9) besteht, aus einer ersten Welle
(1) besteht, die drehbar in dem Flansch gelagert ist und mit einem Drehantrieb verbunden ist, aus einer zweiten Welle (3) besteht, die fest mit der
Führungsplatte (4) für den Laserkopf verbunden ist und aus einem Verbindungssteg (2) besteht, dessen eines
Ende über eine im wesentlichen waagrechte Achse (12) mit der ersten Welle (1) gelenkig verbunden ist und dessen anderes Ende über eine im wesentlichen waagrechte, zur ersten Achse parallelen Achse (13) mit der zweiten Welle (2) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der beiden Wellen (1, 3) und die Länge des Verbindungssteeges (2) derart bemessen sind, daß bei größtmöglicher Annäherung der beiden Wellen aneinander ihre Drehachsen (10, 11) zusammenfallen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der beiden Wellen (1, 3) und die Länge des Verbindungssteges (2) derart bemessen sind, daß bei größtmöglicher Entfernung der beiden Wellen voneinader ihre Drehachsen (10, 11) zusammenfallen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Verbindungssteges (2) außermittig an den beiden Wellen (1, 3) derart angelenkt sind, daß bei größtmöglicher Entfernung der beiden Wellen voneinander der Verbindungssteg (2) einen spitzen Winkel mit den Drehachsen (10, 11) der Wellen einschließt.
5. Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Schneiden oder Schweißen mittels Laserstrahlung, wobei ein die Laserstrahlung aussendender Laserkopf an einer Führungsplatte befestigt ist, die über eine steuerbare Halterung entsprechend der auszuführenden Schneid- oder Schweißbewegung über das Werkstück geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einer Buchse (7) besteht, die in senkrechter Richtung verschiebbar und feststellbar an einer Tragsäule ( ö ) angeordnet ist, aus einem fest mit der Buchse verbundenen Flansch (9) besteht, aus einer ersten Welle
(1) besteht, die drehbar in dem Flansch gelagert ist und mit einem Drehantrieb verbunden ist, aus einer zweiten Welle (3) besteht, die fest mit der
Führungsplatte (4) für den Laserkopf verbunden ist und aus einem Verbindungssteg (2) besteht, dessen eines
Ende fest mit der ersten Welle (1) verbunden ist und dessen anderes Ende fest mit der zweiten Welle (2) verbunden ist und der aus zwei Teilen (2 'a, 2 'b) besteht, die parallel zueinander verschiebbar gelagert sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile 2'a, 2 'b des Steges die Form von ineinandergreifenden Halbschlitten aufweisen.
PCT/DE1995/000392 1994-03-23 1995-03-22 Vorrichtung zur bearbeitung von werkstücken WO1995025614A1 (de)

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