WO2009135632A1 - Arbeitskopf, laserbearbeitungsmaschine, aufnahmeverfahren, messkopf, messverfahren - Google Patents

Arbeitskopf, laserbearbeitungsmaschine, aufnahmeverfahren, messkopf, messverfahren Download PDF

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WO2009135632A1
WO2009135632A1 PCT/EP2009/003184 EP2009003184W WO2009135632A1 WO 2009135632 A1 WO2009135632 A1 WO 2009135632A1 EP 2009003184 W EP2009003184 W EP 2009003184W WO 2009135632 A1 WO2009135632 A1 WO 2009135632A1
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connection
fluid
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head
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Christian Vogt
Waldemar Kargus
Martin Reisacher
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Sauer Gmbh Lasertec
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Publication of WO2009135632A9 publication Critical patent/WO2009135632A9/de
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    • B23K26/14—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
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1482—Detachable nozzles, e.g. exchangeable or provided with breakaway lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G—PHYSICS
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    • G01B13/10—Measuring arrangements characterised by the use of fluids for measuring diameters internal diameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/146—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 the fluid stream containing a liquid

Definitions

  • the invention relates to a ' working head, a laser processing machine with such a working head, a recording method, a measuring head and a measuring method according to the preambles of the independent claims.
  • Laser processing machines are used for different purposes. On the one hand, they can be used for surface processing, but on the other hand, they can also be used for voluminous workpiece machining. When machining workpieces, well-defined dies can be produced by deliberately lowering individual layers using a laser beam. However, a laser beam can also be used for cutting and / or drilling holes and / or for welding components.
  • the different types of applications require different laser working heads. On the one hand, they can differ in their optical properties, for example by having different optical modules which allow different optical influences and evaluations of the laser light passing through the working head.
  • For laser processing also belongs Sp.:06.05.08 13:22 gedr: 06.05.08 15:45 a more or less complex sensor that can receive and evaluate, for example, the emitted, but possibly also the reflected laser light (process lights).
  • other optical and other sensors can be provided in a working head.
  • a working head may also have optical actuators, such as a variable focus for changing the focus position of the laser beam, possibly also during work.
  • a beam guide may be provided to guide the laser beam in a desired manner over the workpiece surface.
  • working heads of laser processing machines may have a fluid guide.
  • certain gases can be supplied to the current work site via the working head, such as passivating gases such as nitrogen or a noble gas, or reactive gases such as oxygen, or the like.
  • Figure 1 shows a laser processing machine 1 schematically, in which the invention can be applied.
  • Reference numeral 2 generally designates a housing with a mechanically rigid machine frame 2a and optionally a door 2b, which may include a working space 2c. 3 and 3a, 3b and 3c designate components of a tool arm.
  • 4 (4a, 4b, 4c) axes of movement are schematically symbolized, which allow the relative movement between the workpiece 9 and working head 10.
  • the axes are driven axles and may include multiple translational and multiple rotational axes. Some of the axes can also be duplicated.
  • the axes of movement can optionally be provided between the workpiece table and the machine frame 2a or between the machine frame 2a and the working head 10, one or more axes may be present in duplicate.
  • connection 5 denotes the arm-side connection to which a working head 10 can be connected.
  • the connection comprises the necessary devices for the production of the mechanical as well as possibly the electrical, optical and fluid connection.
  • 6 generally designates a supply device which supplies the machine with electrical energy and control signals as well as with the laser light and possibly with the required gases.
  • Fig. 6a is a control for transmitting and receiving signals.
  • 6b is a laser device for generating laser light to the working head 10.
  • 6c is a fluid source such as a compressed air source or the source of other gas (noble gas, nitrogen, oxygen, etc.).
  • the machine also has general sensors, actuators and control components for controlling and operating the machine.
  • position sensors can be provided on the individual axes.
  • the individual axes can be automatically driven electrically or pneumatically.
  • the controller may have a more complex computer for performing complex control tasks.
  • the mechanical connection is made manually by appropriate manipulations. Separately, then, also by hand, the electrical connections and the pneumatic connections are made.
  • the laser light connection may have resulted simultaneously with the mechanical connection, since the mechanical connection often already simultaneously produces the laser light connection, in particular in the desired and necessary alignment.
  • the object of the invention is to provide a working head and a laser processing machine, which allow a simplified replacement of a working head.
  • a working head according to the invention has a mechanical connection for connection to the
  • Laser processing machine on and also a light path connection and / or an electrical connection and / or a fluid connection.
  • the connections provided are designed in such a way that the necessary connections can be established with them via one or more common relative movements between the working head as a whole and the laser processing machine, ie in particular a mechanical connection with the desired or necessary rigidity and furthermore according to the intended further Connections a light path connection and / or an electrical connection and / or a fluid connection.
  • Relative movement can have a translational and / or rotational movement.
  • the working head has a specific design and orientation of its connections.
  • the processing machine has to match matching designed and aligned connections.
  • the working head change can be done automatically in such a way that the working arm anatomic a magazine 7 a processing machine, where appropriate, first store a no longer required working head 10 by then when in the magazine, the storage position is reached, necessary for decoupling relative movements (and possibly previously unlocked). It can then be approached a new working head at a different position in the magazine 7. To him the connection is made by making the necessary relative movements.
  • connection design can be considered as an interface.
  • the matching machine and head-end connections form this interface between the machine and the head.
  • FIG. 1
  • FIG. 2 schematically shows a working head
  • FIGS. 3a-d schematically show a working head magazine
  • Figure 5 is a measuring device.
  • FIG. 2 shows a working head 10. At the same time, a longitudinal axis of the working head and the
  • laser beam or beam path of the laser beam is an optical unit with in particular a possibly z.
  • 13 is a fluid control for controlling and optionally measuring fluid flow.
  • 14a and 14b denote mechanical connections, which are drawn here as mushroom-shaped pins, which of course, however, can also be designed differently, for example as depressions. They serve the mechanically strong, stiff and in their position defined mechanical connection between working head 10 and a component of the laser processing machine 1, in particular the machine connection 5 of Figure 1.
  • a light path terminal which may be essentially an opening which allows the passage of laser light.
  • a radiation-permeable window 18c may be provided, which essentially serves to protect the head interior from penetrating impurities.
  • G ⁇ cs ⁇ x3858ge_02 May2008.doc limited: 06.05.08 13:22 gedr: 06.05.08 15:45 16 denotes an electrical connection. He can have many individual contacts. Electrical energy (supply voltage, supply current) can be conducted via the contacts, and it is also possible to return control signals to the respective components within the head and measurement and other signals from the sensors in the head.
  • the electrical connection 16 may be a plug having the required number of contacts. This number can be comparatively high.
  • the optics 12 may have electrical connections to the electrical connection 16 in order to receive the required signals and to output the signals that may have been obtained.
  • the 17 denotes one or more fluid ports. It can be the way and the way back of a fluid circulation. However, it is also possible for a number of different fluids to be guided downwards, the outlet of which is to be provided in a suitable manner. The outlet can be made, for example, through a nozzle to the workpiece.
  • the control of the fluids can be carried out by the fluid control 13.
  • the fluid control 13 may have electrical connections to the electrical connection 16 in order to receive the required signals and to output the signals that may have been obtained.
  • 18 generally designates a housing of the working head. It can be more or less closed. 18a is, for example, a more or less cylindrical sleeve which surrounds said components of the head.
  • 18b is a top plate which faces the workpiece opposite to the laser beam outlet 18d.
  • the outlet 18d may in turn be closed by a laser-transparent window.
  • the top plate 18b and / or another component of the head 10 may carry and hold said ports 14-17.
  • the plate can lie substantially at right angles to the head axis 11 or to the laser beam path.
  • a locking device can be provided which, after production of the stiff metal cylinder,
  • the lock may have moving parts. They may be resiliently biased and / or be electrically or pneumatically operable.
  • the locking device and in particular its moving parts can be provided on the machine side, in particular in the machine connection 5. However, they can also be provided on the head side.
  • the relative movement for producing the connections via the inventively designed connections but also have a rotational movement and / or a combination of translational and rotational movement. If several movements are provided, one of them may serve for the mechanical approximation of the connections to one another, while the other then serves for the actual production of the connections (mechanical, electrical, light, fluid) over the connections involved.
  • the relative movement and possibly previous starting movements can be made by the machine automatically using one or more of its axes 4 under the control of the machine control.
  • a working head 10 can be equipped only with a mechanical connection 14 and the light path connection 15. It then takes over the working head then the leadership of the laser beam along in particular the axis 11 towards the workpiece 9, which carries out the desired processing there.
  • the preparation and release of the connection can, as described, take place via the uniform, common relative movement of all head components.
  • the fabrication of the optical interconnect can be relatively simple insofar as only the alignment of the head is required. This can be done together with the production of the mechanical connection. Otherwise, the light path connection for the laser beam essentially has the passage 15 and possibly the
  • Window 18c the corresponding openings and windows can be opposite sides of the machine connection.
  • an electrical connection 16 may be provided in addition to the mechanical connection 14 and the light path connection 15.
  • the connection over the electrical connection 16 is produced simultaneously with the mechanical connection and in particular by means of the same movement.
  • Nfi nns n-09 ⁇ t-A ⁇ ⁇ Ofi 05 08 15:45 represents (in Figure 2 along the axes shown 19a and 19b).
  • the plug 16 is a gegen Eisenen plug on the part of the component
  • Laser processing machine in which it is inserted by the connection relative movement, so as to establish the electrical connections.
  • the electrical connections may be connections for the transmission of energy and / or for the transmission of signals.
  • Signals can run to components in the working head (control signals) or can run from components in the working head to connector 16 (measuring signals).
  • Driving signals for driving a beam focusing 12a can be transmitted, sensor signals of an optical sensor 12c, and drive and measuring signals from the fluid control 13. Also, further drive signals and measurement signals, not shown, can be transmitted.
  • a head may have only one mechanical connection and one electrical connection.
  • This may be a measuring head, for example, which mechanically removes a workpiece in order to determine its dimensions and dimensions.
  • the measuring head can be tactile (probe) or capacitive or inductive or optical.
  • the light path connection and the fluid connection can then be dispensed with, or the design is such that the connections provided on the machine side allow the mechanical connection to be established via the mechanical connection 14 and the electrical connection.
  • all the connections shown in FIG. 2 can be provided (mechanical, optical, electrical and fluid). If not required, but may also be omitted, the electrical connection 16.
  • a working head uses laser light, it may be a drill head or a cutting head or a welding head.
  • the control of the currently desired processing point on the workpiece is done here by movement of the head 10 as a whole.
  • the laser light can pass through the head on a well-defined light path.
  • the working head can also be a scanning head and have a scanning device, for example in the form of one or more mutually angularly controllable and adjustable oscillating mirrors.
  • the light path can be changed in the head, so that the control of the currently desired processing point on the workpiece 9 can be done by the scanning device, so that the head can be fixed as a whole.
  • the scanning device can deflect the beam one-dimensionally or two-dimensionally. It can be fast and traverse a track on the workpiece within less than 100 ms or less than 10 ms.
  • the control can take place in accordance with signals from the electrical connection 16 forth. It may be provided in the head 10 a regulation. It can
  • the working head can have only one fluid connection 17 in addition to the mechanical connection 14.
  • a measuring head 40 may be constructed for measurement purposes.
  • the measuring head can then have a defined fluid outlet, which can be pressed onto a workpiece 9. It can thus be produced by an opening made in a workpiece 9, a fluid flow which can be measured by pressure and / or flow, so as to measure, for example, the cross section of a bore produced. Often, holes can be too narrow to be scanned, for example, via a probe.
  • a flow measurement by means of a compressed fluid then allows conclusions about the patency and possibly also about the diameter of the bore produced.
  • the fluid outlet to the workpiece may have a mouth 46 with a circumferential elastic sealing element 45, in particular an elastic ring around the outlet opening, for a gas-tight connection with the in the workpiece 9 by defined pressing of the fluid outlet opening on the workpiece surface manufactured channel.
  • the mouth 46 and the sealing element 45 can be formed workpiece-specific and to the - possibly not even
  • a corresponding working head would then be a measuring head, which can also be connected in a conventional manner to a processing system (for example, manual production of the mechanical connection and the fluid connection).
  • a processing system for example, manual production of the mechanical connection and the fluid connection.
  • the measurement of fluid pressure and / or fluid flow can be made. These can be done outside the working head 10, as they communicate via the line 8 away from the working head.
  • An evaluation of a flow resistance as a quotient of pressure and flow can then take place (similar to Ohm's law
  • a measuring head as above can also be combined with the described working head devices (optical path, electrical connections).
  • the fluid outlet may be adjacent to the laser light outlet. They can also have a common outlet, for instance if the head housing as a whole is used as a fluid line or if the laser light passes through a window into the fluid channel and then comes out in it.
  • the laser processing machine 1 has a machine connection 5 for a working head 10 which matches the connections 14 -
  • the machine-side connection 5 can correspondingly have all the opposite individual connections (mechanical, laser, electrical, fluid), which are then used as required by the respective attached working head or are released, as has been illustrated with reference to the embodiment of the working head described above.
  • the laser processing machine 1 can have a magazine 7 for a plurality of working and measuring heads 10a, 10b.
  • the magazine 7 can be located in the interior 2c of the processing machine 1. As shown in FIG. 3A, it may have a plurality of bearing positions 31 a to 31 f, each of which can accommodate a working head 10.
  • the magazine 7 may be accessible to the arm of the laser processing machine in such a way that it can be approached by the arm, wherein the arm can then make the necessary relative to the production of the connection relative movement.
  • the connection between the working head 10 and the machine connection 5 is established and released, the working head 10 rests still while the machine connection moves along or about one of its axes 4. But it can also be the other way round, or both parts can move.
  • the working heads are arranged side by side in the magazine.
  • the arrangement can also be vertical.
  • the magazine can, as shown in Figure 3B, a magazine frame 33 and a
  • Drawer insert 32 wherein the drawer insert 32 in the magazine frame retractable and extendable from it.
  • the drive can be electric or pneumatic.
  • the drawer insert 32 carries the actual receiving positions 31a to 31f for the various processing heads 10. When changing head, the drawer 32 is extended, as shown in Figure 3B, while otherwise retracted.
  • flaps 34a-f may be provided which cover or close off the individual working heads 10 and in particular their connecting regions, so that they are not contaminated.
  • the flaps 34 may be over the connecting portions of the working heads when the magazine is not needed or operated.
  • the flaps can, as shown in Figure 3B, be opened or unfolded when a working head change is to be made.
  • the flaps can be actuated individually or jointly. The operation of the flaps as well as the drawer can be done automatically under the control of the general machine control.
  • a hood 35 can be provided which surrounds the magazine and which has an opening 36
  • a working head 10 can pass, for example by extending the drawer 32 through the opening 36, as shown in Figure 3C.
  • the opening 36 of the hood 35 may in turn have a flap 37 which closes the opening 36 (FIG. 3D) when the magazine 7 is not needed.
  • the flap 37 can be operated mechanically, for example, by extending the drawer 32 or can be controlled specifically.
  • the hood 35 can completely enclose the magazine 7, so that impurities and process materials which may arise during the laser machining of a workpiece do not reach the working heads.
  • a trial workpiece In a region of the machine accessible to the working head, a trial workpiece is held tightly clamped, for B. a plate of a defined thickness.
  • a working head By means of a working head, one or more openings (through holes) are made in the trial workpiece.
  • process parameters eg laser power, position control
  • manual intervention can be demanded.
  • S-45 piece can be made before starting work on the actual workpiece or alternately with it.
  • the above examination can be described with a measuring head as above or with a stationary one
  • Fluid measuring device takes place, which operates as described above (flow measurement, pressure measurement, if necessary quotient, evaluation), but which is fixedly provided on Probewerk Georgia.
  • the test piece can be clamped in front of a compressed air outlet.
  • a workpiece which is to be provided with perforations, in the clamped state directly to a source of pressurized fluid (eg compressed air source), then to install the through-hole (s) in the workpiece and the resulting fluid parameters to track and in particular - once or several times - to evaluate as described above.
  • a source of pressurized fluid eg compressed air source
  • Some turbine blades have z.
  • the large channel can be pressurized with compressed air. If then gradually the branch channels are made by laser drilling, z.
  • the pressure and flow can be tracked and evaluated or investigated.
  • the workflow can be influenced as described above. Similar work can be done if, instead of a channel, the back of the working surface of the work piece is accessible.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a workpiece holder 50, on which the workpiece 9, for example, is mounted.
  • B. can be firmly clamped over claws 51.
  • the workpiece holder 50 can be directly the workpiece table of the machine or an intermediate piece which can be clamped on the workpiece table.
  • the workpiece holder 50 has a fluid supply 52a and an elastic sealing element 53.
  • 52b symbolizes a fluid line
  • 55 is a fluid source (positive or negative pressure).
  • 10 symbolizes a laser drill head, the z. B. from top to bottom holes 9b manufactures that communicate with a channel 9a in the middle. With each additional bore 9b, at constant ratios, the
  • Fluid source the fluid flow to increase and decrease the fluid pressure.
  • values and / or derived values eg quotient
  • the process can be influenced or modified or stopped.
  • Compressed air supply is considered as an independent part of the invention.

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Abstract

Ein Arbeitskopf (10) einer Laserbearbeitungsmaschine (1) hat einen mechanischen Anschluss (14) zur Verbindung des Arbeitskopfs mit einer Komponente (5) der Laserbearbeitungsmaschine, und hat außerdem einen Lichtweganschluss (15) und/oder einen elektrischen Anschluss (16) und/oder einen Fluidanschluss (17). Die vorgesehenen Anschlüsse sind so ausgelegt, dass mit ihnen über eine oder mehrere gemeinsame Relativbewegungen zwischen Arbeitungskopf (10) und der Komponente (5) der Laserbearbeitungsmaschine Verbindungen einschließlich einer mechanisch steifen Verbindung mit entsprechenden Anschlüssen an der Komponente der Laserbearbeitungsmaschine herstellbar sind.

Description

ARBEITSKOPF, LASERBEARBEITUNGSMASCHINE, AUFNHAMEVERFAHREN, MESSKOPF, MESSVERFAHREN
Die Erfindung betrifft einen' Arbeitskopf , eine Laserbearbeitungsmaschine mit einem solchen Arbeitskopf, ein Aufnahmeverfahren, einen Messkopf und ein Messver- fahren nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche .
Laserbearbeitungsmaschinen werden für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Sie können einerseits zur Oberflä- chenbearbeitung, andererseits aber auch zur voluminösen Werkstückbearbeitung verwendet werden. Bei der Werkstückbearbeitung können durch gezieltes Abfahren einzelner Schichten mittels eines Laserstrahls genau definierte Gesenke hergestellt werden. Es kann ein Laserstrahl aber auch zum Schneiden und/oder zum Bohren von Löchern und/oder zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt werden.
Die unterschiedlichen Einsatzarten erfordern unter- schiedliche Laserarbeitsköpfe. Sie können sich zum einen in ihren optischen Eigenschaften unterscheiden, etwa indem sie unterschiedliche optische Module aufweisen, die unterschiedliche optische Beeinflussungen und Auswertungen des den Arbeitskopf durchlaufenden Laserlichts erlauben. Zur Laserbearbeitung gehört auch
Figure imgf000003_0001
gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 eine mehr oder minder komplexe Sensorik, die zum Beispiel das abgegebene, ggf. aber auch das reflektierte Laserlicht (Prozessleuchten) empfangen und auswerten kann. Auch weitere optische und sonstige Sensorik kann in einem Arbeitskopf vorgesehen sein. Ein Arbeitskopf kann auch optische Aktorik aufweisen, etwa eine veränderliche Fokussierung zur Änderung der Fokuslage des Laserstrahls, gegebenenfalls auch während der Arbeit. Auch kann eine Strahlführung vorgesehen sein, um den Laserstrahl in gewünschter Weise über die Werkstückoberfläche zu führen.
Außerdem können Arbeitsköpfe von Laserbearbeitungsmaschinen eine Fluidführung aufweisen. So können zum Beispiel über den Arbeitskopf bestimmte Gase der momentanen Arbeitsstelle zugeführt werden, etwa passivierende Gase wie Stickstoff oder ein Edelgas, oder reaktive Gase wie Sauerstoff, oder Ähnliches.
Wenn ein Arbeitskopf gewechselt wird, geschieht dies in der Weise, dass manuell der nicht mehr benötigte Kopf entfernt und ebenso manuell der neu benötigte Kopf an das sonstige System der Laserbearbeitungsmaschine angeschlossen wird. Es sind hierfür dann insbesondere die mechanische Verbindung herzustellen, aber auch die optische, die elektrische und gegebenenfalls die Fluidverbindung.
Figur 1 zeigt eine Laserbearbeitungsmaschine 1 schema- tisch, in der die Erfindung angewendet werden kann.
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 Bezugsziffer 2 bezeichnet allgemein ein Gehäuse mit einem mechanisch steifen Maschinenrahmen 2a und gegebenenfalls einer Tür 2b, die einen Arbeitsraum 2c einschließen können. Mit 3 bzw. 3a, 3b und 3c sind Komponenten eines Werkzeugarms bezeichnet. Mit 4 (4a, 4b, 4c) sind Bewegungsachsen schematisch symbolisiert, die die Relativbewegung zwischen Werkstück 9 und Arbeitskopf 10 erlauben. Die Achsen sind angetriebene Achsen und können mehrere translatorische und mehrere rotatorische Achsen umfassen. Manche der Achsen können auch doppelt vorgesehen sein. Die Bewegungsachsen können wahlweise zwischen Werkstücktisch und Maschinenrahmen 2a oder zwischen Maschinenrahmen 2a und Arbeitskopf 10 vorgesehen sein, eine oder mehrere Achsem können doppelt vorhanden sein.
5 bezeichnet den armseitigen Anschluss, an dem ein Arbeitskopf 10 anschließbar ist. Der Anschluss umfasst, wie gesagt, die notwendigen Einrichtungen zur Herstel- lung der mechanischen sowie ggf. der elektrischen, optischen und Fluid-Verbindung. 6 bezeichnet allgemein eine Versorgungseinrichtung, die die Maschine mit e- lektrischer Energie und Steuerungssignalen sowie mit dem Laserlicht und gegebenenfalls mit den benötigten Gasen versorgt. 6a ist eine Steuerung zum Senden und Empfangen von Signalen. 6b ist eine Lasereinrichtung zum Erzeugen bzw. Weiterleiten von Laserlicht zum Arbeitskopf 10. 6c ist eine Fluidquelle, etwa eine Druckluftquelle oder die Quelle eines sonstigen Gases (Edelgas, Stickstoff, Sauerstoff, ...) . Diese Größen (e-
G:\cs\x3858Re_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 lektrische Energie, elektrische Signale, Laserlicht, Fluide) werden über schematisch gezeigte Leitungen 8 von der Versorgungseinheit 6 über den Anschluss 5 hinweg dem Laserkopf 10 zugeführt, sodass dieser in geeigneter Weise versorgt wird.
Die Maschine weist außerdem allgemeine Sensorik, Akto- rik und Steuerungskomponenten zur Steuerung und Betätigung der Maschine auf. Insbesondere können Lage- Sensoren an den einzelnen Achsen vorgesehen sein. Die einzelnen Achsen können automatisch elektrisch oder pneumatisch angetrieben sein. Die Steuerung kann einen komplexeren Rechner zur Ausführung komplexer Steuerungsaufgaben aufweisen.
Bei der bisherigen Auswechslung eines Arbeitskopfs wird die mechanische Verbindung manuell durch entsprechende Handhabungen vorgenommen. Separat davon werden dann, ebenfalls per Hand, die elektrischen Verbindun- gen und die pneumatischen Verbindungen hergestellt. Die Laserlichtverbindung kann sich gleichzeitig mit der mechanischen Verbindung ergeben haben, da die mechanische Verbindung häufig schon auch gleichzeitig die Laserlichtverbindung insbesondere in der gewünsch- ten und notwendigen Ausrichtung herstellt.
Nachteil des bisherigen Verfahrens ist es, dass der Wechsel eines Arbeitskopfs umständlich und zeitraubend ist. Insbesondere bei zeitlich lang dauernden Bearbei- tungen kann es notwendig sein, dass nur zum Zwecke des
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 Arbeitskopfswechsels Personal vorgehalten werden muss, das sonst nicht benötigt werden würde.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Arbeitskopf und eine Laserbearbeitungsmaschine anzugeben, die eine vereinfachte Auswechslung eines Arbeitskopfs ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Abhängige Patentansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Ein Arbeitskopf nach der Erfindung weist einen mecha- nischen Anschluss zur Verbindung mit der
Laserbearbeitungsmaschine auf und außerdem einen Lichtweganschluss und/oder einen elektrischen Anschluss und/oder einen Fluidanschluss . Die vorgesehenen Anschlüsse sind so ausgelegt, dass mit ihnen über eine oder mehrere gemeinsame Relativbewegungen zwischen dem Arbeitskopf als Ganzen und der Laserbearbeitungsmaschine die notwendigen Verbindungen hergestellt werden können, also insbesondere eine mechanische Verbindung mit der gewünschten bzw. notwendigen Steifigkeit und darüber hinaus entsprechend den vorgesehenen weiteren Anschlüssen eine Lichtwegverbindung und/oder eine elektrische Verbindung und/oder eine Fluidverbindung.
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 Die Relativbewegung zur Herstellung all dieser Verbindungen ist eine gemeinsame Bewegung der Kopfkomponenten. Einzelne Komponenten des Kopfs müssen dadurch nicht separat bedient werden. Auch seitens der Laserbearbeitungsmaschine bzw. der Komponente derselben, an die der Anschluss erfolgt, müssen keine weiteren Betätigungen vorgenommen werden. Der Anschluss erfolgt über die gemeinsame Relativbewegung der Kopfkomponenten gegenüber der Komponente^der Bear- beitungsmaschine, an die der Anschluss erfolgt. Die
Relativbewegung kann eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung aufweisen.
Dementsprechend weist der Arbeitskopf eine bestimmte Gestaltung und Ausrichtung seiner Anschlüsse auf. Die Bearbeitungsmaschine weist dazu gegengleich passend gestaltete und ausgerichtete Anschlüsse auf.
Der Arbeitskopfwechsel kann automatisch in der Weise geschehen, dass der Arbeitsarm ein Magazin 7 einer Bearbeitungsmaschine anfährt, um dort gegebenenfalls zunächst einen nicht mehr benötigten Arbeitskopf 10 abzulegen, indem dann, wenn im Magazin die Ablageposition erreicht ist, die zur Entkoppelung notwendigen Relativbewegungen (und gegebenenfalls vorher Entriegelungen) vorgenommen werden. Es kann dann ein neuer Arbeitskopf an einer anderen Position im Magazin 7 angefahren werden. Zu ihm wird die Verbindung durch Vornahme der notwendigen Relativbewegungen herge-
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 stellt. Es kann dann der Arbeitskopf 10 dem Magazin 7 entnommen und für die weitere Arbeit verwendet werden.
Aspekte der Erfindung sind demnach der oben beschrie- 5 bene Arbeitskopf 10 mit der bestimmten Ausgestaltung seiner Anschlüsse, eine Laserbearbeitungsmaschine 1 mit der zum Arbeitskopf 10 gegengleichen Ausgestaltung des Maschinenanschlusses 5, das Gesamtsystem aus Arbeitskopf und Bearbeitungsmaschine, und ein
10 Arbeitskopfwechselverfahren wie oben beschrieben. Die Anschlussgestaltung kann als Schnittstelle betrachtet werden. Die zueinander passenden maschinen- und kopfseitigen Anschlüsse bilden diese Schnittstelle zwischen Maschine und Kopf.
15
Nachfolgend werden Bezug nehmend auf die Zeichnungen einzelne Aus führungs formen der Erfindung beschrieben, es zeigen
20 Figur 1 schematisch eine Laserbearbeitungsma¬
) schine,
Figur 2 schematisch einen Arbeitskopf,
Figur 3a - D schematisch ein Arbeitskopfmagazin,
Figur 4 einen Messkopf, und
25 Figur 5 eine Messeinrichtung.
In der Beschreibung bedeuten gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten. Merkmale der Erfindung sollen auch dann als miteinander kombinierbar angesehen wer- 30 den, wenn dies nicht ausdrücklich gesagt ist, soweit
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 sich die Kombination nicht aus technischen Gründen verbietet.
Figur 2 zeigt einen Arbeitskopf 10. 11 kann gleichzei- tig eine Längsachse des Arbeitskopfs und den
Laserstrahl bzw. Strahlweg des Laserstrahls bezeichnen. 12 ist eine optische Einheit mit insbesondere einer ggf. z. B. elektrisch betätigbaren Fokussierung 12a, gegebenenfalls einem Strahlteiler 12b und einem optischen Sensor 12c. Es kann hier auch eine nicht gezeigte Strahlführung zur Strahlauslenkung vorgesehen sein. 13 ist eine Fluidsteuerung zum Steuern und gegebenenfalls auch Messen von Fluidfluss.
14a und 14b bezeichnen mechanische Anschlüsse, die hier als pilzförmige Zapfen gezeichnet sind, die selbstverständlich aber auch anders ausgebildet sein können, etwa als Vertiefungen. Sie dienen der mechanisch festen, steifen und in ihrer Lage definierten mechanischen Verbindung zwischen Arbeitskopf 10 und einer Komponente der Laserbearbeitungsmaschine 1, insbesondere dem Maschinenanschluss 5 der Figur 1.
15 bezeichnet einen Lichtweganschluss, der im Wesent- liehen eine Öffnung sein kann, die den Durchtritt von Laserlicht gestattet. Es kann darüber hinaus ein strahlungsdurchlässiges Fenster 18c vorgesehen sein, das im Wesentlichen dem Schutz des Kopfinneren vor eindringenden Verunreinigungen dient.
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 16 bezeichnet einen elektrischen Anschluss. Er kann viele einzelne Kontakte aufweisen. Über die Kontakte kann elektrische Energie (Versorgungsspannung, Versorgungsstrom) geführt werden, und es können auch Ansteuersignale zu den jeweiligen Komponenten innerhalb des Kopfs hin und Mess- und sonstige Signale von den Sensoren im Kopf zurückgeführt werden. Der elektrische Anschluss 16 kann ein Stecker sein, der die benötigte Anzahl von Kontakten aufweist. Diese Anzahl kann vergleichsweise hoch sein. Die Optik 12 kann e- lektrische Verbindungen zum elektrischen Anschluss 16 hin haben, um die benötigten Signale zu empfangen und die ggf. gewonnenen Signale abzugeben.
17 bezeichnet einen oder mehrere Fluidanschlüsse . Es kann sich um den Hinweg und den Rückweg eines FIu- idkreislaufs handeln. Es können aber auch mehrere unterschiedliche Fluide hinwärts geführt werden, deren Auslass in geeigneter Weise vorzusehen ist. Der Aus- lass kann beispielsweise durch eine Düse hin zum Werkstück erfolgen. Die Steuerung der Fluide kann durch die Fluidsteuerung 13 erfolgen. Die Fluidsteue- rung 13 kann elektrische Verbindungen zum elektrischen Anschluss 16 hin haben, um die benötigten Signale zu empfangen und die ggf. gewonnenen Signale abzugeben.
18 bezeichnet allgemein ein Gehäuse des Arbeitskopfs. Es kann mehr oder minder geschlossen sein. 18a ist beispielsweise eine mehr oder minder zylindrische Hül- se, die die genannten Komponenten des Kopfs umgibt.
O\ r.Λγ1KSRσp n9Mm2Ω0R rfnr ue<5r> • flfi nς OR 1 "V92 redr : 06.05.08 15:45 18b ist eine Kopfplatte, die gegenüber dem Laserstrah- lauslass 18d zum Werkstück hin liegt. Der Auslass 18d kann seinerseits mit einem laserdurchlässigen Fenster verschlossen sein. Die Kopfplatte 18b und/oder eine andere Komponente des Kopfs 10 können die genannten Anschlüsse 14 bis 17 tragen und halten. Die Platte kann im Wesentlichen rechtwinklig zur Kopfachse 11 bzw. zum Laserstrahlweg liegen.
Einzelne der Anschlüsse 14 bis 17 können eine bestimmte Betätigungsrichtung erfordern. Für den mechanischen Anschluss 14a, 14b ist diese durch die gestrichelte Achse 19a angedeutet. Für den elektrischen Anschluss 16 ist sie durch die Achse 19b angedeutet. Für den pneumatischen Anschluss 17 ist sie durch die Achse 19c angedeutet. Diese Achsen 19a, 19b und 19c entsprechend den Bewegungen zur Herstellung der jeweiligen Verbindung können, wie gezeigt parallele translatorische Bewegungen sein und können, wie in Figur 2 gezeigt, parallel zur Achse 11 des Kopfs sein.
Nicht gezeigt ist eine entsprechende Gestaltung seitens der Komponente der Laserbearbeitungsmaschine, mit der die Verbindung herzustellen ist, also am Maschi- nenanschluss 5. Dieser ist im Wesentlichen gegengleich zur Gestaltung der Anschlüsse des Bearbeitungskopfs ausgestaltet.
Es kann darüber hinaus eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen sein, die nach Herstellung der steifen me-
G:\cs\x3858Re_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 chanischen Verbindung die verbundenen Komponenten (Arbeitskopf, Komponente der Laserbearbeitungsmaschine) miteinander in der Weise verriegelt, dass sich die Verbindung nicht von selber etwa durch Vibrationen lö- sen kann. Vor Lösen der Verbindung ist die
Verriegelung dann dementsprechend wieder freizugeben. Die Verriegelung kann bewegliche Teile aufweisen. Sie können elastisch vorgespannt sein und/oder elektrisch oder pneumatisch bedienbar sein. Die Verriegelungsvor- richtung und insbesondere deren beweglichen Teile können maschinenseitig vorgesehen sein, insbesondere beim Maschinenanschluss 5. Sie können aber auch kopfseitig vorgesehen sein.
Anders als bisher beschrieben kann die Relativbewegung zur Herstellung der Verbindungen über die erfindungsgemäß ausgestalteten Anschlüsse aber auch eine rotatorische Bewegung und/oder eine Kombination aus translatorischer und rotatorischer Bewegung aufweisen. Wenn mehrere Bewegungen vorgesehen sind, kann eine davon eher der mechanischen Annäherung der Anschlüsse aneinander dienen, während die andere dann zur eigentlichen Herstellung der Verbindungen (mechanisch, elektrisch, Licht, Fluid) über die beteiligten An- Schlüsse dient.
Die Relativbewegung und ggf. vorherige Anfahrbewegungen können von der Maschine automatisch unter Verwendung einer oder mehrerer ihrer Achsen 4 unter Steuerung der Maschinensteuerung vorgenommen werden.
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 Die Aufnahme, die Ablage und der Wechsel eines Arbeitskopfs 10 können dann Teil eines größeren Arbeitsprogramms zur Werkstückbearbeitung sein.
In einer einfachen Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßer Arbeitskopf 10 lediglich mit einem mechanischen Anschluss 14 und dem Lichtweganschluss 15 ausgestattet sein. Es erfolgt über den Arbeitskopf dann die Führung des Laserstrahls längs insbesondere der Achse 11 hin zum Werkstück 9, der dort die gewünschte Bearbeitung vornimmt. Die Herstellung und das Lösen der Verbindung kann, wie beschrieben, über die einheitliche, gemeinsame Relativbewegung aller Kopfkomponenten erfolgen. Wie schon früher gesagt kann die Herstellung der optischen Verbindung insoweit relativ einfach sein, als nur die Ausrichtung des Kopfs erforderlich ist. Dies kann zusammen mit der Herstellung der mechanischen Verbindung erfolgen. Ansonsten weist die Lichtwegverbindung für den Laserstrahl im Wesent- liehen den Durchtritt 15 und gegebenenfalls das
Fenster 18c auf, die entsprechenden Öffnungen und Fenster auf Seiten des Maschinenanschlusses gegenüber liegen können.
In einer komplexeren Aus führungs form kann zusätzlich zum mechanischen Anschluss 14 und zum Lichtweganschluss 15 ein elektrischer Anschluss 16 vorgesehen sein. Die Verbindung über dem elektrischen Anschluss 16 wird gleichzeitig mit der mechanischen Verbindung und insbesondere mittels der gleichen Bewegung herge-
(V>Mαi9nnR Hn(- orocr. • nfi nς ns n-09 σt-Aτ ■ Ofi 05 08 15:45 stellt (in Figur 2 längs der gezeigten Achsen 19a und 19b) . Der Stecker 16 findet einen gegengleichen Stecker auf Seiten der Komponente der
Laserbearbeitungsmaschine, in den er durch die Verbin- dungsrelativbewegung eingeschoben wird, um so die elektrischen Verbindungen herzustellen. Die elektrischen Verbindungen können Verbindungen zur Übertragung von Energie und/oder zur Übertragung von Signalen sein. Signale können zu Komponenten im Arbeitskopf hinlaufen (Ansteuersignale) oder können von Komponenten im Arbeitskopf zum Stecker 16 hinlaufen (Messsignale) . Es können Ansteuersignale für den Antrieb einer Strahlfokussierung 12a übertragen werden, Sensorsignale eines optischen Sensors 12c, und Ansteu- er- und Messsignale aus der Fluidsteuerung 13. Auch weitere, nicht gezeigte Ansteuersignale und Messsignale können übertragen werden.
In einer weiteren Aus führungs form kann ein Kopf ledig- lieh einen mechanischen Anschluss und einen elektrischen Anschluss aufweisen Es kann sich hier beispielsweise um einen Messkopf handeln, der mechanisch ein Werkstück abfährt, um dessen Dimensionen und Maße zu ermitteln. Der Messkopf kann taktil (Tastkopf) oder kapazitiv oder induktiv oder optisch arbeiten. Es können dann der Lichtwegsanschluss und der Flui- danschluss entfallen, bzw. die Gestaltung ist so, dass die maschinenseitig vorgesehenen Anschlüsse der Herstellung der mechanischen Verbindung über den mechanischen Anschluss 14 und der elektrischen Verbin-
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 dung über den elektrischen Anschluss 16 nicht im Wege stehen.
In einer weiteren Aus führungsform können alle in Figur 2 gezeigten Verbindungen vorgesehen sein (mechanisch, optisch, elektrisch und Fluid) . Falls nicht benötigt kann gegebenenfalls aber auch der elektrische Anschluss 16 entfallen.
Soweit ein Arbeitskopf Laserlicht verwendet, kann es ein Bohrkopf oder ein Schneidkopf oder ein Schweißkopf sein. Die Ansteuerung der momentan jeweils gewünschten Bearbeitungsstelle auf dem Werkstück erfolgt hier durch Bewegung des Kopfs 10 als Ganzes. Das Laserlicht kann den Kopf auf einem fest definierten Lichtweg durchlaufen. Der Arbeitskopf kann aber auch ein Scan- Kopf sein und eine Scan-Einrichtung aufweisen, bspw. in Form eines oder mehrerer zueinander winkelig stehender ansteuerbarer und einstellbarer Schwingspiegel. Damit kann im Kopf der Lichtweg verändert werden, so dass die Ansteuerung der momentan jeweils gewünschten Bearbeitungsstelle auf dem Werkstück 9 durch die Scan- Einrichtung erfolgen kann, so dass der Kopf als Ganzes feststehen kann. Die Scan-Einrichtung kann den Strahl eindimensional oder zweidimensional auslenken. Sie kann schnell sein und eine Spur auf dem Werkstück innerhalb weniger als 100 ms oder weniger als 10 ms abfahren. Die Steuerung kann nach Maßgabe von Signalen vom elektrischen Anschluss 16 her erfolgen. Es kann eine Regelung im Kopf 10 vorgesehen sein. Es können
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 auch Scan-Signale zurück auf den elektrischen An- schluss 16 geführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Arbeitskopf neben dem mechanischen Anschluss 14 lediglich einen Fluidanschluss 17 aufweisen. So kann beispielsweise, wie in Fig. 4 gezeigt, ein Messkopf 40 zu Messzwecken gebaut werden. Der Messkopf kann dann einen definierten Fluidauslass haben, der auf ein Werkstück 9 gedrückt werden kann. Es kann so durch eine in einem Werkstück 9 gefertigte Öffnung ein Fluidfluss erzeugt werden, der nach Druck und/oder nach Fluss gemessen werden kann, um so beispielsweise den Querschnitt einer erzeugten Bohrung zu messen. Häufig können Bohrungen zu eng sein, als dass sie beispielsweise ü- ber einen Messtaster abgetastet werden könnten. Eine Flussmessung mittels eines durchgedrückten Fluids erlaubt dann Rückschlüsse über die Durchgängigkeit und gegebenenfalls auch über die Durchmesser der erzeugten Bohrung.
Bei dieser Aus führungs form kann der Fluidauslass zum Werkstück hin einen Mund 46 mit einem umlaufenden e- lastischen Dichtelement 45 aufweisen, insbesondere einen elastischen Ring um die Auslassöffnung herum, um durch definiertes Aufdrücken der Fluidauslassöffnung auf die Werkstückoberfläche einer gasdichte Verbindung mit dem im Werkstück 9 gefertigten Kanal herzustellen. Der Mund 46 und das Dichtelement 45 können werkstück- spezifisch geformt und an die - womöglich nicht ebene
r. n9Mai20f)R ήnr ar-zr, ■ Dfi OS DR 13-22 eedr • 06 05.08 15:45 Werkstückoberfläche - angepasst sein. Er kann vergleichsweise klein sein und lediglich eine Bohrung überdecken. Er kann aber auch größer sein und dann mehrere Bohrungen überdecken. Der Mund kann durch ein Mundstück 44 am Kopf 40 gebildet sein. Es kann an einer Schnittstelle 47 automatisch austauschbar sein. Es können dann in einem Magazin mehrere Mundstücke mit unterschiedlich geformten Mundöffnungen vorgesehen sein, wie dies schematisch mit 46a und entsprechenden Dichtung 45a für einzelne Öffnungen bzw. kleine Bereiche, mit 46b und entsprechender Dichtungen 45b für eine gebogene Linie von Öffnungen oder mit 46c und entsprechender Dichtung 45c für eine größere mit Öffnungen überdeckte Fläche gezeigt ist. Statt mit Überdruck kann auch mit Unterdruck gearbeitet werden.
Dieser Aspekt wird als eigenständiger Aspekt der Erfindung gesehen. Er kann zusammen mit, aber auch unabhängig von der Ausgestaltung der Kopfanschlüsse wie bisher beschrieben verwendet werden. Ein entsprechender Arbeitskopf wäre dann ein Messkopf, der auch in herkömmlicher Weise an ein Bearbeitungssystem anschließbar ist (zum Beispiel manuelles Herstellen der mechanischen Verbindung und der Fluidverbindung) . Es kann hier die Messung von Fluiddruck und/oder FIu- idfluss vorgenommen werden. Diese können außerhalb des Arbeitskopfs 10 erfolgen, da sie sich über die Leitung 8 vom Arbeitskopf weg mitteilen. Es kann dann eine Auswertung eines Flusswiderstands als Quotient aus Druck und Fluss erfolgen (ähnlich dem Ohmschen Gesetz
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 (R = U/I)) . Der sich ergebende Wert erlaubt Rückschlüsse auf die Durchgängigkeit und den Durchmesser bzw. minimale Querschnittsfläche einer bisher erzeugten Bohrung. Gegebenenfalls kann nachgearbeitet werden o- der es können für den weiteren Verlauf Prozess-para- meter geändert werden. In gewissem Umfang können bei dieser Aus führungs form aber auch Messungen innerhalb des Arbeitskopfs vorgenommen werden, beispielsweise eine Flussmessung und/oder eine Druckmessung. Es ent- stehen dann elektrische Signale im Arbeitskopf, die über einen dann vorzusehenden elektrischen Anschluss abzuführen wären. Die beschriebenen Merkmale der Verwendung von Fluid zu Messzwecken kann, wie gesagt, unabhängig von der beschriebenen Gestaltung der An- Schlüsse des Arbeitskopfs, aber auch zusammen mit diesen Gestaltungen verwendet werden. Das Fluid kann Druckluft sein.
Ein Messkopf wie oben kann aber auch mit den beschrie- benen Arbeitskopfeinrichtungen (Lichtweg, elektrische Anschlüsse) kombiniert sein. Der Fluidauslass kann neben dem Laserlichtauslass liegen. Sie können auch einen gemeinsamen Auslass haben, etwa wenn das Kopfgehäuse insgesamt als Fluidleitung verwendet wird oder wenn das Laserlicht durch ein Fenster in den Fluidka- nal läuft und dann in ihm nach außen gelangt.
Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsmaschine 1 weist einen Maschinenanschluss 5 für einen Arbeitskopf 10 auf, der gegengleich passend zu den Anschlüssen 14 -
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 17 des Arbeitskopfs 10 selber ausgestaltet ist. Er weist die dementsprechend notwendigen Anschlüsse auf. Soweit maschinenseitig keine Änderungen in den armsei- tigen Komponenten möglich oder gewünscht sind, kann der maschinenseitige Anschluss 5 dementsprechend alle gegengleichen Einzelanschlüsse (mechanisch, Laser, e- lektrisch, Fluid) aufweisen, die dann, je nach Bedarf, vom jeweils angebrachten Arbeitskopf verwendet oder freigelassen werden, wie dies Bezug nehmend auf die weiter oben beschriebenen Ausführungs formen des Arbeitskopfs dargestellt wurde.
Die Laserbearbeitungsmaschine 1 kann, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, ein Magazin 7 für mehrere Ar- beits- und Messköpfe 10a, 10b aufweisen. Das Magazin 7 kann sich im Innenraum 2c der Bearbeitungsmaschine 1 befinden. Es kann, wie in Fig. 3A gezeigt, mehrere Lagerpositionen 31a bis 31f aufweisen, die jeweils einen Arbeitskopf 10 aufnehmen können. Das Magazin 7 kann für den Arm der Laserbearbeitungsmaschine in der Weise zugänglich sein, dass es vom Arm angefahren werden kann, wobei der Arm dann auch die zur Herstellung der Verbindung notwendige Relativbewegung vornehmen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ruht beim Her- stellen und Lösen der Verbindung zwischen Arbeitskopf 10 und Maschinenanschluss 5 der Arbeitskopf 10 still, während sich der Maschinenanschluss längs einer bzw. um eine seiner Achsen 4 bewegt. Es kann aber auch anders herum sein, oder es können sich beide Teile bewegen.
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 In der gezeigten Aus führungsform sind die Arbeitsköpfe nebeneinander im Magazin angeordnet. Die Anordnung kann aber auch vertikal sein. Das Magazin kann, wie in Figur 3B gezeigt, einen Magazinrahmen 33 und einen
Schubladeneinsatz 32 aufweisen, wobei der Schubladeneinsatz 32 im Magazinrahmen einfahrbar und aus ihm ausfahrbar ist. Der Antrieb kann elektrisch oder pneumatisch sein. Der Schubladeneinsatz 32 trägt die eigentlichen Aufnahmepositionen 31a bis 31f für die verschiedenen Bearbeitungsköpfe 10. Beim Kopfwechseln ist die Schublade 32 ausgefahren, wie in Figur 3B gezeigt, während sie ansonsten eingefahren ist.
Es können weiterhin Klappen 34a - f vorgesehen sein, die die einzelnen Arbeitsköpfe 10 und insbesondere deren Verbindungsbereiche abdecken bzw. abschließen, sodass sie nicht verunreinigt werden. Die Klappen 34 können über den Verbindungsbereichen der Arbeitsköpfe liegen, wenn das Magazin gerade nicht benötigt oder betätigt wird. Die Klappen können, wie in Figur 3B gezeigt, geöffnet bzw. aufgeklappt werden, wenn ein Arbeitskopfwechsel vorzunehmen ist. Die Klappen können einzeln oder gemeinsam betätigbar sein. Die Betätigung der Klappen wie auch der Schublade kann automatisch unter Steuerung der allgemeinen Maschinensteuerung erfolgen.
Gemäß Figur 3C kann weiterhin eine Haube 35 vorgesehen sein, die das Magazin umgibt und die eine Öffnung 36
G:\cs\x3858ge_02Mai2008.doc gesp.: 06.05.08 13:22 gedr.: 06.05.08 15:45 aufweist, durch die hindurch ein Arbeitskopf 10 treten kann, beispielsweise indem die Schublade 32 durch die Öffnung 36 hindurch ausgefahren wird, wie in Figur 3C gezeigt. Die Öffnung 36 der Haube 35 kann ihrerseits wieder eine Klappe 37 aufweisen, die die Öffnung 36 verschließt (Figur 3D) , wenn das Magazin 7 nicht benötigt wird. Die Klappe 37 kann mechanisch beispielsweise durch Ausfahren der Schublade 32 mit betätigt werden oder kann eigens gesteuert sein. Die Haube 35 kann das Magazin 7 vollständig umschließen, so dass Verunreinigungen und Prozessmaterialien, die während des Laserbearbeitens eines Werkstücks entstehen können, nicht an die Arbeitsköpfe gelangen.
Weitere Fluidmessverfahren können wie folgt ausgestaltet sein:
In einem dem Arbeitskopf zugänglichen Bereich der Maschine wird ein Probewerkstück fest eingespannt vorge- halten, z. B. eine Platte einer definierten Dicke. Mittels eines Arbeitskopfs werden eine oder mehrere Öffnungen (Durchlöcher) im Probewerkstück gefertigt. Diese werden wie oben beschrieben mit Fluid qualitativ auf Durchgängigkeit und ggf. auch quantitativ auf Querschnitt untersucht. In Abhängigkeit vom Untersuchungsergebnis kann ein Arbeitsablauf beeinflusst werden. Bspw. können Prozessparameter (z. B. Laserleistung, Positionssteuerung) eingestellt oder geändert werden, oder es kann manueller Eingriff ge- fordert werden. Die Arbeit und Messung am Probewerk-
/- . \ — 1..10C0™ miionnno π-cn • ns n>; na n-oo σerfr • nfi Ω.ς n« 1 S-45 stück kann vor dem Beginn der Arbeit am eigentlichen Werkstück erfolgen oder abwechselnd damit.
Die obige Untersuchung kann mit einem Messkopf wie o- ben beschrieben oder mit einer eigenen stationären
Fluidmesseinrichtung erfolgen, die wie oben beschrieben arbeitet (Flussmessung, Druckmessung, ggf. Quotientenbildung, Auswertung) , die aber fest am Probewerkstück vorgesehen ist. Bspw. kann das Probewerk- stück vor einen Druckluftauslass gespannt werden.
Schließlich ist es auch möglich, ein Werkstück, das mit Durchlöchern zu versehen ist, im eingespannten Zustand direkt mit einer Druckfluidquelle (z. B. Druck- luftquelle) , zu verbinden, dann im Werkstück das bzw. die Durchlöcher anzubringen und die sich ergebenden Fluidparameter zu verfolgen und insbesondere - einmal oder mehrmals - wie oben beschrieben auszuwerten. Manche Turbinenschaufeln haben z. B. einen innenliegenden größeren Kanal, der zur Schaufeloberfläche hin feine Abzweigungskanäle für Kühlfluid hat. Der große Kanal kann mit Druckluft beaufschlagt werden. Wenn dann nach und nach die Abzweigungskanäle durch Laserbohren gefertigt werden, können z. B. der Druck und der Fluss verfolgt und ausgewertet bzw, untersucht werden. In Abhängigkeit vom Untersuchungsergebnis kann der Arbeitsablauf wie oben beschrieben beeinflusst werden. Ähnlich kann gearbeitet werden, wenn statt eines Kanals die Rückseite der Bearbeitungsfläche des Werk- Stücks zugänglich ist.
noMoionn« Anr m>«< • nft nς na i -x-oo ΠPHΓ • f)fi ns Oft 15-45 Fig. 5 zeigt hierzu eine Aus führungs form einer Werk- stückhalterung 50, an der das Werkstück 9 z. B. über Klauen 51 fest eingespannt werden kann. Die Werkstück- halterung 50 kann unmittelbar der Werkstücktisch der Maschine oder ein am Werkstücktisch einspannbares Zwischenstück sein. Die Werkstückhalterung 50 weist eine Fluidzuführung 52a und ein elastisches Dichtelement 53 auf. 52b symbolisiert eine Fluidleitung, 54a und 54b Sensoren z. b. für Fluiddruck und Fluidfluss. 55 ist eine Fluidquelle (Überdruck oder Unterdruck) . 10 symbolisiert einen Laserbohrkopf, der z. B. von oben nach unten Bohrungen 9b fertigt, die mit einem Kanal 9a in der mitte kommunizieren. Mit jeder hinzukommenden Boh- rung 9b werden bei konstanten Verhältnissen an der
Fluidquelle der Fluidfluss zu- und der Fluiddruck abnehmen. Diese Werte und/oder abgeleitete Werte (z. B. Quotient) können mit Sollwerten verglichen werden. Ggf. kann der Prozess beeinflusst oder modifiziert o- der angehalten werden. Die Werkstückhalterung mit
Druckluftzuführung wird als eigenständiger Teil der Erfindung angesehen.
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Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Arbeitskopf (10) einer Laserbearbeitungsmaschine
(1), mit einem mechanischen Anschluss (14) zur Verbindung des Arbeitskopfs mit einer Komponente (5) der Laserbearbeitungsmaschine, und mit einem oder mehreren der folgenden weiteren Anschlüsse:
- einem Lichtweganschluss (15),
- einem elektrischen Anschluss (16), - einem Fluidanschluss (17),
dadurch gekennzeichnet, dass
die vorgesehenen Anschlüsse so ausgelegt sind, dass mit ihnen über eine oder mehrere gemeinsame Relativbewegungen zwischen Arbeitskopf (10) und der Komponente (5) der Laserbearbeitungsmaschine eine mechanisch steife Verbindung und Verbindungen für Licht und/oder Fluid und/oder elektrische Lei- tungen mit entsprechenden Anschlüssen an der
Komponente der Laserbearbeitungsmaschine herstellbar sind.
2. Arbeitskopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden Elemente:
- eine Laserstrahloptik (12a) ,
- eine Laserstrahlführung,
- einen Laserstrahlauslass (18d) ,
- einen oder mehrere Sensoren (12c) , - eine oder mehrere Fluidführungen (13) ,
r* . Ann opcn ■ nfi nς flR TV99 σprir • Ofi OS 08 1 5-45 - einen oder mehrere Fluidauslässe .
3. Arbeitskopf nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Längsachse (11) aufweist und die Relativbewegung eine lineare Bewegung parallel zur Längsachse und/oder eine Drehbewegung um die Längsachse aufweist .
4. Arbeitskopf nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Fluidführung zur Führung eines Messfluids aufweist.
5. Arbeitskopf nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse zu ihrer Betätigung eine parallele und/oder konzentrische Bewegungsrichtung (19a - c) aufweisen.
6. Arbeitskopf nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kopfplatte (18b) , die einen oder mehrere der genannten Anschlüsse (14 - 17) trägt.
7. Laserbearbeitungsmaschine mit einem Maschinenrahmen (2a), einem Arbeitsarm (3), einem Werkzeugtisch, mehreren translatorischen und/oder rotatorischen Achsen (4), und einem Maschinenan-
r.Λ Hr1/- mcn • n« nς riR 1 -*-99 wrtr • Oft 05 DR 1 5-45 Schluss (5) am Arbeitsamt (3) zum Anschließen eines Arbeitskopfs (10),
dadurch gekennzeichnet, daß
der Maschinenanschluss (5) zum Anschließen eines Arbeitskopfs (10) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche ausgelegt ist.
8. Maschine nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein vom Arbeitsarm (3) automatisch anfahrbares Magazin (7) zum Vorhalten eines oder mehrerer Arbeitsköpfe (10) .
9. Maschine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Haube (35) mit einer Öffnung (36) um das Magazin (7) herum.
10. Verfahren zum Aufnehmen eines Arbeitskopfs einer Laserbearbeitungsmaschine, wobei der Arbeitskopf einen mechanischen Anschluss (14) zur Verbindung des Arbeitskopfs mit einem Maschinenanschluss (5) der Laserbearbeitungsmaschine und außerdem einen Lichtweganschluss (15) und/oder einen elektrischen Anschluss (16) und/oder einem Fluidanschluss (17) aufweist,
gekennzeichnet durch die Schritte
3.oo „,*,*,.. nfi nς nβ i ς-_iς mit dem Maschinenanschluss (5) Anfahren einer Lagerposition eines Arbeitskopfs, und
Ausführen einer oder mehrerer Relativbewegungen zwischen Maschinenanschluss (5) und Arbeitskopf
(10) zur Herstellung einer mechanischen und einer weiteren Verbindung.
11. Messkopf (10) einer Werkzeugmaschine (1), mit ei- nem mechanischen Anschluss (14) zur Verbindung des Messkopfs mit einer Komponente (5) der Werkzeugmaschine, und mit einem Fluidanschluss (17) zur Verbindung des Arbeitskopfs mit einer Fluidquelle,
gekennzeichnet durch
einen auf ein Werkstück aufdrückbaren Fluidauslass (45, 46) .
12. Messkopf nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Fluiddruckmesseinrichtung (43) und/oder eine Fluidflussmesseinrichtung (42) .
13. Messkopf nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Fluidauslass ein Dichtelement (45), insbesondere einen elastischen Ring um die Auslassöffnung herum zum Herstellen einer gasdichten Verbindung mit der Werkstückoberfläche hat.
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14. Messkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß er als Arbeitskopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
5
15. Messverfahren zum Vermessen einer in einem Werkstück gefertigten Öffnung,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: 10
Bewirken eines Fluidflusses durch die Öffnung, Messen von Fluidfluss und/oder Fluiddruck, und Auswerten der Messergebnisse.
15 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung in einem druckbeaufschlagten Probewerkstück gefertigt wird und nach Maßgabe des Auswertungsergebnisses die Bearbeitung des eigentlichen Werkstücks beeinflusst werden kann.
20
J 17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an das eigentliche Werkstück ein druckbeaufschlagtes Fluid angelegt und eine oder mehrere Fluidgrößen in Abhängigkeit vom Bearbei-
25 tungsfortschritt ermittelt und ausgewertet werden und nach Maßgabe des Auswertungsergebnisses die Bearbeitung des Werkstücks beeinflusst werden kann.
ήnr σp<m • flfi OS DR 1 T99 pedr.: 06.05.08 15:45
PCT/EP2009/003184 2008-05-06 2009-05-04 Arbeitskopf, laserbearbeitungsmaschine, aufnahmeverfahren, messkopf, messverfahren WO2009135632A1 (de)

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