WO2007003211A1 - Laserbearbeitungsanlage mit einer einrichtung zur steuerung und anpassung der zusammensetzung des prozessgases - Google Patents

Laserbearbeitungsanlage mit einer einrichtung zur steuerung und anpassung der zusammensetzung des prozessgases Download PDF

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WO2007003211A1
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laser processing
laser
control
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PCT/EP2005/007167
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Inventor
Thomas Harrer
Michael Wessner
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Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh & Co. Kg
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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
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/123—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
    • B23K26/125—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases of mixed gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
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    • B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products

Definitions

  • the invention relates to a laser processing system with a
  • Laser processing device a gas supply unit, a gas
  • Laser processing system for laser welding for example
  • the process gas is in
  • This task is accomplished by a laser processing plant with a
  • Laser processing device a gas supply unit, a gas
  • composition of the process gas is carried out automatically. There are
  • the invention is in
  • a machine frame 2 carries the
  • Focusing mirror is about two axes of rotation and in three directions
  • the components 8 and 9 are using a clamping device
  • the laser welding head 5 For laser welding, the laser welding head 5
  • Process gases 10 such as working gases or protective gases (helium, argon, Carbon dioxide, oxygen, nitrogen), fed and over a
  • Control device 12 in conjunction with a gas mixing unit
  • control device 12 The control device 12
  • a display includes a display, a CPU, a data memory, a
  • preferred method is to use this data as technology data in so-called.
  • Each technology table is with one
  • Laser welding system controls are only the number or the
  • the process gas can consist of five individual gases (He, Ar, CO2, O2, N 2 ) in
  • Tastfrequenz focal length or focus diameter, focus position,

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  • Plasma & Fusion (AREA)
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Abstract

Eine Laserbearbeitungsanlage (1) umfasst eine Laserbearbeitungseinrichtung, eine Gasversorgungseinheit (10) und eine Gas-Mischungseinheit (13). Weiterhin ist eine Einrichtung (12) zur Steuerung und Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases zur Laserbearbeitung vorgesehen. Die Einrichtung (12) ist mit einem Datenspeicher für Technologietabellen versehen, mit deren Hilfe die Steuerung und Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases erfolgt.

Description

B E SC H RE I B U N G
Laserbearbeitungsanlage
mit einer Einrichtung zur Steuerung und Anpassung
der Zusammensetzung des Prozessgases
Die Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsanlage mit einer
Laserbearbeitungseinrichtung, einer Gasversorgungseinheit, einer
Gas-Mischungseinheit und einer Einrichtung zur Steuerung und
Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases zur
Laserbearbeitung.
Der Einsatz einer Gas-Mischungseinheit bei einer
Laserbearbeitungsanlage zum Laserschweißen ist beispielsweise
durch die EP 527229 Al bekannt geeworden.
In Abhängigkeit von einer Schweissaufgabe wird das Prozessgas in
der Regel nach Art und Menge ausgewählt und manuell eingestellt.
Entscheidend ist hier das Erfahrungswissen des Bedieners. Der Anmelder hat sich die Aufgabe gestellt, die Auswahl und die
Einstellung des Prozessgases beim Laserschweißen zu automatisieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Laserbearbeitungsanlage mit einer
Laserbearbeitungseinrichtung, einer Gasversorgungseinheit, einer
Gas-Mischungseinheit und einer Einrichtung zur Steuerung und
Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases zur
Laserbearbeitung gelöst, welche mit einem Datenspeicher für
Technologietabellen versehen ist, mit deren Hilfe die Steuerung und
Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases erfolgt.
Erfahrungswissen des Bedieners wird um systematische
Versuchsergebnisse ergänzt, welche über die erfindungsgemäße
Einrichtung an die Laserbearbeitungsanlage übermittelt werden
können.
In technischer Umsetzung ist es zur Vermeidung von
Bearbeitungsfehlern vorteilhaft, dass die Steuerung und Anpassung
der Zusammensetzung des Prozessgases automatisch erfolgt. Es sind
aber auch andere Varianten denkbar, wie eine Durchführung des Verfahrens mithilfe einer NC-Programmierung oder einer interaktiven
Abfrage und Eingabe von Daten durch den Benutzer.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zur Figur der
Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt eine
Laserbearbeitungsanlage zum Laserschweißen. Die Erfindung ist in
ähnlicher Weise auch für das Laserschneiden einsetzbar.
Aus der Figur ist der Aufbau einer Laserbearbeitungsanlage 1 zum
Laserschweißen ersichtlich. Ein Maschinenrahmen 2 trägt die
Bewegungseinheit der Maschine und das Strahlführungssystem mit
Umlenkspiegeln für einen in dem Laser 3 erzeugten Laserstrahl 4.
Ein Laserschweißkopf 5 mit einem Umlenkspiegel und einem
Fokussierspiegel ist über zwei Drehachsen und in drei Richtungen
bewegbar, um eine Schweißnaht 6 zum Fügen zweier auf einer
Auflage 7 angeordneter Bauteile 8 und 9 optimal bearbeiten zu
können. Die Bauteile 8 und 9 werden mithilfe einer Spannvorrichtung
fixiert. Zum Laserschweißen können dem Laserschweißkopf 5
Prozessgase 10, wie Arbeitgase oder Schutzgase (Helium, Argon, Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff), zugeführt und über eine
Absaugeinrichtung 11 abgesaugt werden.
Zur Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases beim
Laserschweißen auf die jeweilige Bearbeitungsaufgabe wird eine
Steuereinrichtung 12 in Verbindung mit einer Gasmischungseinheit
13 und Regelventilen 14 verwendet. Die Steuereinrichtung 12
umfasst ein Display, eine CPU, einen Datenspeicher, eine
Eingabeeinrichtung und eine Einrichtung zum Datenaustausch zur
Laserbearbeitungsanlage 1. Die Werte der verschiedenen Parameter,
die für das Laserschweißen von Bedeutung sind, können im NC-Text
enthalten sein oder innerhalb des NC-Textes aufgerufen werden. Eine
bevorzugte Methode ist es, diese Daten als Technologiedaten in sog.
Technologietabellen zu verwalten. Im NC-Text selbst werden dann
nur diese Tabellen aufgerufen. Jede Technologietabelle ist mit einer
Nummer versehen. Alle Tabellen werden zentral verwaltet und
gepflegt und sind in der Steuereinrichtung 12 hinterlegt. Diese
Tabellen werden für jede Materialart und -dicke angelegt. Sie
enthalten optimierte Daten - abhängig vom verwendeten Laser bzw.
der Laserleistung, der Vorschubgeschwindigkeit und des eingesetzten Fokusdurchmessers bzw. der Fokusform. In einer Technologietabelle
wird unterschieden zwischen den notwendigen Einstellungen an der
Maschine und den materialabhängigen Parametern zum
Laserschweißen. Im NC-Programm, das den Schweißvorgang an einer
Laserschweißanlage steuert, sind lediglich die Nummer oder der
Buchstabe der jeweils benötigten Technologietabelle abgelegt. Bei der
Abarbeitung des NC-Programms werden über die Nummern die
Technologietabellen aufgerufen. Die Bearbeitung wird dann mit den in
der Tabelle enthaltenen Parametern durchgeführt. Alle
Technologiedaten können zentral gepflegt werden. Ändern sich
einzelne Parameter, sind Eingriffe in das NC-Programm nicht
notwendig. Die Parameter werden in der Technologietabelle geändert
und während der Abarbeitung des NC-Programms eingelesen. Ändern
und Optimieren der Technologiedaten sind ohne NC-
Programmierkenntnisse möglich. Gleiche Teile, die aus verschiedenen
Materialien gefertigt werden sollen, müssen nur einmal programmiert
werden, sofern die anderen Materialien mit den selben
Bearbeitungsgeometrien bearbeitet werden können. Bei Änderung des
Materials erfolgt das Anwählen einer neuen Technologietabelle. Eine
möglicherweise abweichende Schweißnaht wird, sofern dies im NC- Programm aktiviert wurde, über den in der neuen Technologietabelle
eingetragenen Parameter berücksichtigt.
Das Prozessgas kann aus fünf Einzelgasen (He, Ar, CO2, O2, N2) in
Abhängigkeit der Bearbeitungsaufgabe (Werkstoffart, Fügegeometrie)
sowie der erforderlichen Prozessparameter (Laserleistung,
Tastfrequenz, Brennweite bzw. Fokusdurchmesser, Fokuslage,
Prozessgasmenge, Gasmischungsverhältnis und
Schweißgeschwindigkeit) zusammengemischt werden, um so eine
optimale Gaswirkung zu erreichen. Diese Prozessparameter beziehen
sich auf eine bestimmte Einschweißtiefe bzw. Nahtform.
Um eine opimale Schweißnahtqualität zu gewährleisten, müssen die
Prozessgasmenge sowie das Mischungsverhältnis des Gases auf die
Laserleistung bzw. die Schweißgeschwindigkeit angepasst sein. Der
Anwender verwendet je nach Bearbeitungsaufgabe bzw. notwendiger
Einschweißtiefe oder Nahtform eine entsprechende
Schweißtechnologietabelle in seinem NC-Programm. Die Steuerung
12 gibt der Gasmischungseinheit die entsprechenden Informationen aus der Tabelle vor, welche dann der Laserbearbeitungsanlage 1 das
optimale Gasgemisch zur Verfügung stellt.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Laserbearbeitungsanlai
2 Maschinenrahmen
3 Laser
4 Laserstrahl
5 Laserbearbeitungskopf
6 Schweißnaht
7 Auflage
8 Bauteil
9 Bauteil
10 Prozessgas
11 Absaugeinrichtung
12 Steuereinrichtung
13 Gasmischungseinheit
14 Steuerventil

Claims

PAT E N TA N S P RÜ C H E
1. Laserbearbeitungsanlage (1) mit einer
Laserbearbeitungseinrichtung, einer Gasversorgungseinheit (10),
einer Gas-Mischungseinheit (13), und einer Einrichtung (12) zur
Steuerung und Anpassung der Zusammensetzung des
Prozessgases zur Laserbearbeitung, dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung (12) mit einem Datenspeicher für
Technologietabellen versehen ist, mit deren Hilfe die Steuerung
und Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases erfolgt.
2. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerung und Anpassung der
Zusammensetzung des Prozessgases automatisch erfolgt.
3. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerung und Anpassung der
Zusammensetzung des Prozessgases mithilfe einer NC-
Programmierung durchführbar ist.
4. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (12) mit einer
interaktiven Kommunikationseinrichtung zur Abfrage und Eingabe
von Daten durch den Benutzer vorgesehen ist.
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