WO2010031378A1 - Laserbearbeitungseinrichtung und verfahren zum laserbearbeiten mit einer bewegungseinrichtung zum bewegen einer gasdüse - Google Patents

Laserbearbeitungseinrichtung und verfahren zum laserbearbeiten mit einer bewegungseinrichtung zum bewegen einer gasdüse Download PDF

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WO2010031378A1
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gas nozzle
laser processing
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gas
laser
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PCT/DE2009/001243
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Thomas König
Jörg Müller
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Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing device with a laser processing head for aligning a laser beam to a processing point on a workpiece, as well as with at least one preferably offset to a jet outlet opening of the laser processing head gas nozzle.
  • the invention also relates to a method for laser machining a workpiece, comprising: aligning a laser beam with a machining point on the workpiece by means of a laser processing head.
  • gases are often used, which are supplied to the processing point on the workpiece via gas nozzles.
  • the supplied gases can be used for different purposes: On the one hand as so-called inert gases, so gases or gas mixtures, which displace the air of the atmosphere, especially oxygen, and thus protect the processing point from oxidation, on the other hand as process gases, the gas pressure and / or their ingredients support the laser processing process. In some cases both functions can be fulfilled by one and the same gas.
  • the gas can be directed to the processing site via a separate feed device, which is positioned, for example, but not necessarily, laterally on the laser processing head, or via a feed device enclosing the beam path, for example a coaxial nozzle in which the beam exit opening of the laser processing head forms the nozzle exit opening ,
  • a feed device enclosing the beam path, for example a coaxial nozzle in which the beam exit opening of the laser processing head forms the nozzle exit opening
  • elements for beam guidance and / or shaping as well as devices for process monitoring can be provided.
  • the document DE 102 04 993 describes the first case of the gas supply, in which at least one gas nozzle is mounted laterally on a laser processing head.
  • the laser processing head is designed as a scanner head, i.
  • the laser beam can be directed to any position in the working field of the optics during the machining process.
  • the gas nozzle can be moved by means of a gas nozzle drive and can be activated synchronously to the deflection of the jet so that the gas jet generated by the gas nozzle can track the laser beam and both meet at a point on the workpiece surface.
  • a laser processing head with a coaxial gas nozzle has become known. This has a lower, movable portion, on the one hand allows tracking of the focus and the gas supply according to the topography of the surface to be processed and on the other hand is coupled via a distance measurement signal to a collision monitor.
  • the algorithm The collision monitoring can also take into account the operating mode of the machining head.
  • a laser processing device of the type mentioned which has a moving means for moving, in particular for moving the gas nozzle relative to the laser processing head between a workpiece distant parking position to protect the gas nozzle from contamination and a workpiece near working position for applying the gas flow to the processing site.
  • the gas nozzle can be moved from its working position to a retracted parking position, which is far enough away from the processing point on the workpiece to protect the gas nozzle from contamination or at least reduce the pollution of the gas nozzle.
  • the movement between working position and parking position can be done in different ways.
  • the gas nozzle can be attached to a lever arm that performs a rotational or tilting movement for moving the gas nozzle.
  • Particularly advantageous is a movement of the gas nozzle in a linear Movement shown, as this can be done precisely and at high speed.
  • Such a movement is particularly advantageous in a coaxial gas nozzle, since the linear displacement usually has no effect on the beam guidance.
  • the movement device can be driven in different ways, eg with mechanical, electrical, hydraulic or pneumatic drives.
  • the laser processing device comprises a control unit for controlling the movement of the gas nozzle in dependence on a processing process to be carried out at the respective processing location and / or in dependence on the gas flow through the gas nozzle.
  • the gas nozzle can in this case remain in the parking position until the laser processing head has reached a processing point on the workpiece at which a processing process is to be carried out, which requires a gas supply.
  • the information about this can be found in the control unit of the path planning of the laser processing machine or the associated NC program. If the gas flow has to be activated, the gas nozzle is moved into its working position, the process gas or inert gas is switched on and the laser processing is carried out with the supply of the gas. After completion of the laser processing operation, the gas nozzle is returned to its parking position.
  • control of the gas nozzle movement can also be coupled to signals which contain information about the gas flow, ie the gas nozzle movement or the gas nozzle positioning and the gas flow through the gas nozzle are directly related. If, for example, the gas flow is switched off, then the gas nozzle is retracted. Conversely, an extended gas nozzle can be specified as a condition for switching on the gas flow.
  • the control of the gas supply movement by means of the gas nozzle is thus particularly preferably based both on signals on the position of the laser processing head on the workpiece and on the basis of gas flow signals, in particular the switching on and off of the gas flow and the movement of the gas nozzle are coupled together.
  • the gas nozzle is formed or fastened on a workpiece-side end of a piston rod, which has an axial bore for supplying gas to the gas nozzle.
  • the piston rod in this case performs a dual function, since on the one hand it serves to supply the gas via the central bore and on the other hand, it can be guided for the displacement movement in a pneumatically or hydraulically driven cylinder.
  • the gas nozzle is in this case arranged downstream of the piston rod and can be designed differently depending on the application or formed by the piston rod itself. Due to this compact design, the interference contour of the gas nozzle or the movement device can be reduced to a minimum.
  • the movement device has a double-acting pneumatic cylinder for guiding the piston rod.
  • the double-acting pneumatic cylinder By means of the double-acting pneumatic cylinder, movement can take place both from the parking position into the working position and in the opposite direction.
  • the gas nozzle can be detected not only at the end points of the movement of the piston rod in the cylinder, but also at intermediate positions, so that in particular the position of the working position can be varied depending on the selected machining process.
  • By adjusting the pneumatic pressure can also collision protection - in the direction of gas nozzle -, i. a yielding of the gas nozzle when it encounters an obstacle can be realized.
  • the piston rod has at least one non-radially symmetrical outer contour for a torsion-proof guide.
  • the outer contour can serve to guide the piston rod in the pneumatic cylinder or in a housing provided for guiding gas nozzle.
  • the invention is also realized in a method of the type mentioned above, comprising: moving, in particular shifting, at least one preferably offset to a beam exit opening of the laser processing head gas nozzle relative to the laser processing head from a workpiece remote parking position to protect the gas nozzle from contamination in a workpiece near working position for application a gas flow to the processing station.
  • the movement of the gas nozzle is preferably controlled, specifically as a function of a processing process to be carried out at the respective processing location and / or as a function of the gas flow through the gas nozzle.
  • FIGS. 1a, b are schematic illustrations of an embodiment of a laser processing device according to the invention with a gas nozzle in a parking position (a) and in a working position.
  • FIGS. 1a, b show a laser processing device 1 for processing a tubular workpiece 2, which comprises a laser processing head 3 for aligning a laser beam 4 passing through a beam exit opening 5 of the laser processing head 3 onto a processing point B on the workpiece 2.
  • the laser processing device 1 further comprises a movement device 6, which is fixed to the laser processing head 3 and which serves to move a gas nozzle 7 between a workpiece-near working position A and a workpiece-remote parking position P.
  • the movement device 6 has a double-acting pneumatic cylinder 8, in which a continuous piston rod 9 is guided, at the werk Federation famousem end of the gas nozzle 7 is mounted.
  • the piston rod 9 is hollow, ie it has a central axial bore 11.
  • the movement device 6 further has two connections 12a, 12b for gas supply to two opposite ends of the pneumatic cylinder 8, which are separated by a provided on the piston rod 9 piston effective area in the form of a disc 13 from each other become.
  • the piston rod 9 On the shell side, the piston rod 9 has a square outer contour for guiding in a housing 14 of the movement device 6, in which the pneumatic cylinder 8 is arranged. Due to the square outer contour an anti-rotation is formed, which ensures a high repeat accuracy in the movement of the piston rod 9.
  • the moving device 6 further has inputs and outputs (not shown) for communication with a control unit 15 which may be housed in the laser processing head 1 or elsewhere in a laser processing machine (not shown) on which the laser processing device 1 is formed.
  • the control unit 15 takes into account for the movement of the gas nozzle 7 position signals of the laser processing head 1 and / or gas flow signals through the gas nozzle 7, which are provided by a (not shown) gas supply means for supplying the gas to the gas port 10.
  • a welding process is performed on the workpiece 2, in which no application of a (process) gas to the processing point B by means of the gas nozzle 7 is required.
  • the process gas supply is therefore switched off and the piston rod 9 is retracted to its workpiece-remote end position, which corresponds to the parking position P of the gas nozzle 7.
  • the piston rod 9 is extended and the gas nozzle 7 in FIG her working position A brought.
  • the beginning of the movement of the piston rod 9 can be initiated by the laser processing head 1 even before reaching the processing point 5, if the machining process should be slowed down by the delay generated when the piston rod 9 is extended.
  • the gas required for the drilling process for example nitrogen, is usually switched on only when the piston rod 9 is extended, ie when the gas nozzle 7 is already in its working position A. It is understood that alternatively, a connection of the gas during the extension of the piston rod 9 can take place. As soon as a gas flow is applied to the processing point 5 by the gas nozzle 7, the laser beam 4 is switched on and the laser processing process, in the present case the drilling process, carried out.
  • the movement of the gas nozzle 7 into the working position A and the activation of the gas flow can also take place only during a laser processing process, for example if previous sections of the process without gas flow can be carried out. If the gas flow is switched off after completion of the processing task, the piston rod 9 is withdrawn and the gas nozzle 7 returns to its parking position A. The switching off of the gas flow can be specified as a mandatory condition for the retraction of the piston rod 9.
  • the gas nozzle 7 in addition to the process control described above, there are other ways to combine the movement of the gas nozzle 7 in an advantageous manner with the switching on and off of the gas flow. Also, unlike in Figs. 1a, b, the gas nozzle must be aligned coaxially to the laser beam so that the nozzle outlet opening of the gas nozzle forms the jet outlet opening of the laser processing head.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungseinrichtung (1), umfassend: einen Laserbearbeitungskopf (3) zum Ausrichten eines Laserstrahls (4) auf eine Bearbeitungsstelle (B) an einem Werkstück (2), sowie mindestens eine bevorzugt versetzt zu einer Strahlaustrittsöffnung (5) des Laserbearbeitungskopfs (3) angeordnete Gasdüse (7). Die Laserbearbeitungseinrichtung (1) weist eine Bewegungseinrichtung (6) zur Bewegung, insbesondere zur Verschiebung der Gasdüse (7) relativ zum Laserbearbeitungskopf (3) zwischen einer werkstückfernen Parkposition (P) zum Schutz der Gasdüse (7) vor Verschmutzung und einer werkstücknahen Arbeitsposition (A) zum Aufbringen eines Gasstroms auf die Bearbeitungsstelle (B) auf. Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Verfahren.

Description

LASERBEARBEITUNGSEINRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM LASERBEARBEITEN MIT EINER BEWEGUNGSEINRICHTUNG ZUM BEWEGEN EINER GASDÜSE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungseinrichtung mit einem Laserbearbeitungskopf zum Ausrichten eines Laserstrahls auf eine Bearbeitungsstelle an einem Werkstück, sowie mit mindestens einer bevorzugt versetzt zu einer Strahlaustrittsöffnung des Laserbearbeitungskopfs angeordneten Gasdüse. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Laserbearbeiten eines Werkstücks, umfassend: Ausrichten eines Laserstrahls auf eine Bearbeitungsstelle an dem Werkstück mit Hilfe eines Laserbearbeitungskopfs. Bei der Laserbearbeitung eines Werkstücks, z.B. beim Laserschneiden, Laserschweißen oder -abtragen, werden vielfach Gase eingesetzt, die der Bearbeitungsstelle an dem Werkstück über Gasdüsen zugeführt werden. Die zugeführten Gase können zu unterschiedlichen Zwecken verwendet werden: Einerseits als so genannte Schutzgase, also Gase oder Gasgemische, welche die Luft der Atmosphäre, insbesondere Sauerstoff, verdrängen und somit die Bearbeitungsstelle vor Oxidation schützen, andererseits als Prozessgase, die über ihren Gasdruck und/oder ihre Inhaltsstoffe den Laserbearbeitungsprozess unterstützen. In manchen Fällen können beide Funktionen durch ein und dasselbe Gas erfüllt werden.
Bei der Gaszuführung kommen ebenfalls unterschiedliche Systeme zum Einsatz. So kann das Gas über eine separate Zuführungseinrichtung, die beispielsweise - aber nicht zwangsläufig - seitlich am Laserbearbeitungskopf positioniert wird, oder aber über eine den Strahlengang umschließende Zuführungseinrichtung, beispielsweise eine Koaxialdüse, bei der die Strahlaustrittsöffnung des Laserbearbeitungskopfs die Düsenaustrittsöffnung bildet, auf die Bearbeitungsstelle gelenkt werden. In einer solchen koaxialen Gasdüse können Elemente zur Strahlführung und/oder -formung sowie Einrichtungen zur Prozessüberwachung vorgesehen sein.
Die Druckschrift DE 102 04 993 beschreibt den ersten Fall der Gaszuführung, bei dem mindestens eine Gasdüse seitlich an einem Laserbearbeitungskopf angebracht ist. Der Laserbearbeitungskopf ist als Scannerkopf ausgebildet, d.h. der Laserstrahl kann während des Bearbeitungsprozesses auf eine beliebige Position im Arbeitsfeld der Optik gelenkt werden. Die Gasdüse kann über einen Gasdüsenantrieb bewegt werden und ist synchron zur Strahlablenkung ansteuerbar, so dass der von der Gasdüse erzeugte Gasstrahl dem Laserstrahl nachgeführt werden kann und beide an einem Punkt an der Werkstückoberfläche zusammentreffen.
Aus der WO 00/54925 ist ein Laserbearbeitungskopf mit einer koaxialen Gasdüse bekannt geworden. Dieser weist einen unteren, beweglichen Abschnitt auf, der einerseits eine Nachführung des Fokus und der Gaszuführung entsprechend der Topographie der zu bearbeitenden Oberfläche erlaubt und andererseits über ein Abstandsmesssignal an eine Kollisionsüberwachung gekoppelt ist. Der Algorithmus der Kollisionsüberwachung kann dabei auch den Betriebsmodus des Bearbeitungskopfes berücksichtigen.
Nachteilig ist in beiden oben dargestellten Fällen, dass die Gasdüse im Arbeitsabstand betrieben wird, so dass sie Verschmutzungen und somit dem Risiko eines Zusetzens verstärkt ausgesetzt ist. Dies ist insbesondere dann ungünstig, wenn die Anwendung nicht immer oder nicht in jedem Fall eine Gaszuführung erfordert. Zudem führt die Verwendung eines Abstandsensors zur Kollisionsüberwachung der Gasdüse zu einem komplexen Aufbau und Regelalgorithmus.
Aufgabe der Erfindung
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Laserbearbeiten der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass auf einfache Weise ein Schutz der Gasdüse erfolgen kann.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Laserbearbeitungseinrichtung der eingangs genannten Art, welche eine Bewegungseinrichtung zur Bewegung, insbesondere zur Verschiebung der Gasdüse relativ zum Laserbearbeitungskopf zwischen einer werkstückfernen Parkposition zum Schutz der Gasdüse vor Verschmutzung und einer werkstücknahen Arbeitsposition zum Aufbringen des Gasstroms auf die Bearbeitungsstelle aufweist.
Durch die Bewegungseinrichtung kann die Gasdüse aus ihrer Arbeitsposition in eine zurückgezogene Parkposition verbracht werden, die weit genug von der Bearbeitungsstelle am Werkstück entfernt ist, um die Gasdüse vor Verschmutzung zu schützen oder zumindest die Verschmutzung der Gasdüse zu reduzieren. Die Bewegung zwischen Arbeitsposition und Parkposition kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Gasdüse an einem Hebelarm angebracht werden, der zur Bewegung der Gasdüse eine Dreh- bzw. Kippbewegung ausführt. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Bewegung der Gasdüse in einer linearen Verschiebebewegung herausgestellt, da diese präzise und mit hoher Geschwindigkeit erfolgen kann. Eine solche Bewegung ist insbesondere bei einer koaxialen Gasdüse vorteilhaft, da die Linearverschiebung in der Regel keine Auswirkungen auf die Strahlführung hat. Die Bewegungseinrichtung kann auf unterschiedliche Weise angetrieben werden, z.B. mit mechanischen, elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Antrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Laserbearbeitungseinrichtung eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Bewegung der Gasdüse in Abhängigkeit von einem an der jeweiligen Bearbeitungsstelle durchzuführenden Bearbeitungs- prozess und/oder in Abhängigkeit vom Gasfluss durch die Gasdüse.
Die Gasdüse kann hierbei in der Parkposition verweilen, bis der Laserbearbeitungskopf eine Bearbeitungsstelle am Werkstück erreicht hat, an der ein Bear- beitungsprozess durchgeführt werden soll, der eine Gaszuführung erfordert. Die Information hierüber kann die Steuerungseinheit der Bahnplanung der Laserbearbeitungsmaschine bzw. dem zugehörigen NC-Programm entnehmen. Muss der Gasfluss aktiviert werden, wird die Gasdüse in ihre Arbeitsposition bewegt, das Prozess- oder Schutzgas eingeschaltet und die Laserbearbeitung unter Zuführung des Gases vorgenommen. Nach Beendigung des Laserbearbeitungsvorgangs wird die Gasdüse wieder in Ihre Parkposition zurückgefahren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung der Gasdüsenbewegung auch an Signale gekoppelt sein, die eine Information über den Gasfluss enthalten, d.h. die Gasdüsenbewegung bzw. die Gasdüsenpositionierung und der Gasfluss durch die Gasdüse stehen in direktem Zusammenhang. Wird beispielsweise der Gasfluss ausgeschaltet, so wird auch die Gasdüse eingefahren. Umgekehrt kann eine ausgefahrene Gasdüse als Bedingung für das Einschalten des Gasflusses vorgegeben werden. Die Steuerung der Gaszuführungsbewegung mittels der Gasdüse erfolgt somit besonders bevorzugt sowohl auf Basis von Signalen über die Position des Laserbearbeitungskopfes an dem Werkstück als auch auf Basis von Gasflusssignalen, wobei insbesondere das Ein- bzw. Ausschalten des Gasflusses und die Bewegung der Gasdüse miteinander gekoppelt sind. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Gasdϋse an einem werkstückseitigen Ende einer Kolbenstange gebildet oder befestigt, die eine Axialbohrung zur Gaszuführung an die Gasdüse aufweist. Die Kolbenstange erfüllt hierbei eine Doppelfunktion, da sie einerseits zur Zuführung des Gases über die zentrische Bohrung dient und andererseits für die Verschiebebewegung in einem pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Zylinder geführt werden kann. Die Gasdüse ist hierbei im Anschluss zur Kolbenstange angeordnet und kann je nach Anwendung unterschiedlich ausgeführt oder von der Kolbenstange selbst gebildet werden. Aufgrund dieser kompakten Bauform kann die Störkontur der Gasdüse bzw. der Bewegungseinrichtung auf ein Minimum reduziert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Bewegungseinrichtung einen doppelt wirkenden Pneumatikzylinder zur Führung der Kolbenstange auf. Mittels des doppelt wirkenden Pneumatikzylinders kann eine Bewegung sowohl von der Parkposition in die Arbeitsposition als auch in umgekehrter Richtung erfolgen. Weiterhin kann durch geeignete Wahl der Druckverhältnisse in dem Pneumatikzylinder die Gasdüse nicht nur an den Endpunkten der Verfahrbewegung der Kolbenstange in dem Zylinder, sondern auch an Zwischenpositionen festgestellt werden, so dass insbesondere die Lage der Arbeitsposition ggf. in Abhängigkeit vom gewählten Bearbeitungsprozess variiert werden kann. Durch die Einstellung des pneumatischen Drucks kann zudem ein Kollisionsschutz - in Richtung Gasdüse -, d.h. ein Nachgeben der Gasdüse, wenn diese auf ein Hindernis trifft, realisiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Kolbenstange zur verdrehsicheren Führung mindestens eine nicht radialsymmetrische Außenkontur auf. Die Außenkontur kann zur Führung der Kolbenstange in dem Pneumatikzylinder oder in einem zur Führung Gasdüse vorgesehenen Gehäuse dienen.
Die Erfindung ist auch verwirklicht in einem Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend: Bewegen, insbesondere Verschieben, mindestens einer bevorzugt versetzt zu einer Strahlaustrittsöffnung des Laserbearbeitungskopfs angeordneten Gasdüse relativ zum Laserbearbeitungskopf aus einer werkstückfernen Parkposition zum Schutz der Gasdüse vor Verschmutzung in eine werkstücknahe Arbeitsposition zum Aufbringen eines Gasstroms auf die Bearbeitungsstelle. Wie oben dargestellt, erfolgt das Bewegen der Gasdüse hierbei bevorzugt gesteuert, und zwar in Abhängigkeit von einem an der jeweiligen Bearbeitungsstelle durchzuführenden Bearbeitungsprozess und/oder in Abhängigkeit vom Gasfluss durch die Gasdüse.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
Fign. 1a,b schematische Darstellungen einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungseinrichtung mit einer Gasdüse in einer Parkposition (a) und in einer Arbeitsposition.
Fign. 1a,b zeigen eine Laserbearbeitungseinrichtung 1 zur Bearbeitung eines rohrförmigen Werkstücks 2, welche einen Laserbearbeitungskopf 3 zum Ausrichten eines durch eine Strahlaustrittsöffnung 5 des Laserbearbeitungskopfs 3 hindurch tretenden Laserstrahls 4 auf eine Bearbeitungsstelle B an dem Werkstück 2 umfasst. Die Laserbearbeitungseinrichtung 1 umfasst weiterhin eine Bewegungseinrichtung 6, die an dem Laserbearbeitungskopf 3 fixiert ist und die zur Bewegung einer Gasdüse 7 zwischen einer werkstücknahen Arbeitsposition A und einer werkstückfernen Parkposition P dient.
Die Bewegungseinrichtung 6 weist einen doppelt wirkenden Pneumatikzylinder 8 auf, in dem eine durchgehende Kolbenstange 9 geführt ist, an deren werkstückseitigem Ende die Gasdüse 7 angebracht ist. Zur Zuführung eines Gases von einem werkstückfernen Gasanschluss 10 zur Gasdüse 7 ist die Kolbenstange 9 hohl ausgeführt, d.h. sie weist zentrische Axialbohrung 11 auf. Die Bewegungseinrichtung 6 weist weiterhin zwei Anschlüsse 12a, 12b zur Gaszuführung an zwei einander gegenüber liegenden Enden des Pneumatikzylinders 8 auf, die durch einen an der Kolbenstange 9 vorgesehene Kolbenwirkfläche in Form einer Scheibe 13 voneinander getrennt werden. Die Kolbenstange 9 weist mantelseitig eine quadratische Außenkontur zur Führung in einem Gehäuse 14 der Bewegungseinrichtung 6 auf, in dem der Pneumatikzylinder 8 angeordnet ist. Durch die quadratische Außenkontur wird eine Verdrehsicherung gebildet, die eine hohe Wiederholgenauigkeit bei der Bewegung der Kolbenstange 9 gewährleistet.
Die Bewegungseinrichtung 6 verfügt weiterhin über (nicht gezeigte) Ein- und Ausgänge für die Kommunikation mit einer Steuerungseinheit 15, die in dem Laserbearbeitungskopf 1 oder an anderer Stelle in einer (nicht gezeigten) Laserbearbeitungsmaschine untergebracht sein kann, an welcher die Laserbearbeitungseinrichtung 1 gebildet ist. Die Steuerungseinheit 15 berücksichtigt für die Bewegung der Gasdüse 7 Positionssignale des Laserbearbeitungskopfs 1 und/oder Gasflusssignale durch die Gasdüse 7, die von einer (nicht gezeigten) Gaszuführungseinrichtung zur Zuführung des Gases an den Gasanschluss 10 bereitgestellt werden.
In der in Fig. 1a gezeigten Darstellung wird an dem Werkstück 2 ein Schweißprozess durchgeführt, bei dem kein Aufbringen eines (Prozess-)gases an die Bearbeitungsstelle B mit Hilfe der Gasdüse 7 erforderlich ist. Die Prozessgas-Zuführung ist daher ausgeschaltet und die Kolbenstange 9 in ihre werkstückferne Endstellung zurückgezogen, welche der Parkposition P der Gasdüse 7 entspricht. Erreicht der Laserbearbeitungskopf 3 bei seiner Bewegung entlang des Werkstücks 2 eine Position, an der ein Gasfluss zur Bearbeitungsstelle B erfolgen soll, z.B. wenn wie in Fig. 1b gezeigt ein Bohrprozess an dem Werkstück 2 stattfindet, wird die Kolbenstange 9 ausgefahren und die Gasdüse 7 in ihre Arbeitsposition A gebracht. Der Beginn der Bewegung der Kolbenstange 9 kann schon vor dem Erreichen der Bearbeitungsstelle 5 durch den Laserbearbeitungskopf 1 eingeleitet werden, falls durch die beim Ausfahren der Kolbenstange 9 erzeugte Verzögerung der Bear- beitungsprozess verlangsamt werden sollte. Das für den Bohrprozess benötigte Gas, z.B. Stickstoff, wird jedoch in der Regel erst bei ausgefahrener Kolbenstange 9 zugeschaltet, d.h. wenn die Gasdüse 7 sich bereits ihrer Arbeitsposition A befindet. Es versteht sich, dass alternativ auch eine Zuschaltung des Gases während des Ausfahrens der Kolbenstange 9 erfolgen kann. Sobald durch die Gasdüse 7 ein Gasstrom auf die Bearbeitungsstelle 5 aufgebracht wird, wird der Laserstrahl 4 zugeschaltet und der Laserbearbeitungsprozess, im vorliegenden Fall der Bohrprozess, durchgeführt. Es versteht sich, dass die Bewegung der Gasdüse 7 in die Arbeitsposition A und die Aktivierung des Gasflusses auch erst während eines Laserbearbeitungsprozesses erfolgen kann, wenn beispielsweise vorherige Abschnitte des Prozesses ohne Gasfluss durchgeführt werden können. Wird der Gasfluss nach Beendigung der Bearbeitungsaufgabe ausgeschaltet, so wird die Kolbenstange 9 zurückgezogen und die Gasdüse 7 kehrt in ihre Parkposition A zurück. Das Ausschalten des Gasflusses kann dabei als zwingende Bedingung für das Einfahren der Kolbenstange 9 vorgegeben werden.
Bei dem oben beschriebenen Bearbeitungsprozess können weiterhin verschiedene Abbruchsituationen definiert werden. Insbesondere kann das Ausschalten des Gasflusses nicht nur notwendige Voraussetzung für das Einfahren der Kolbenstange 9 sein, sondern vielmehr kann das Einfahren oder zumindest das Verharren der Gasdüse in einer _(Zwischen-)Position auch zwingende Konsequenz aus der Abschaltung des Gasflusses sein. So ist es günstig, bei einer „Not-Halt"-Situation mit der damit verbundenen Abschaltung des Gasflusses durch die Gasdüse 7 die Ansteuerung des Pneumatikzylinders 8 in ihrem momentanen Zustand zu belassen, d.h. die Bewegung der Kolbenstange 7 in einer Zwischenposition zwischen der Parkposition P und der Arbeitsposition A anzuhalten. Die Kolbenstange 9 verharrt dann in ihrer momentanen Stellung und wird beim Neustart der Laserbearbeitungseinrichtung 1 zunächst wieder in die sichere Parkposition A verfahren.
Es versteht sich, dass neben der oben beschriebenen Prozessführung auch andere Möglichkeiten bestehen die Bewegung der Gasdüse 7 in vorteilhafter Weise mit dem Ein- bzw. Ausschalten des Gasflusses zu kombinieren. Auch kann anders als in Fign. 1a,b gezeigt die Gasdüse koaxial zum Laserstrahl ausgerichtet sein, so dass die Düsenaustrittsöffnung der Gasdüse die Strahlaustrittsöffnung des Laserbearbeitungskopfs bildet.

Claims

Patentansprüche
1. Laserbearbeitungseinrichtung (1 ), umfassend: einen Laserbearbeitungskopf (3) zum Ausrichten eines Laserstrahls (4) auf eine
Bearbeitungsstelle (B) an einem Werkstück (2), sowie mindestens eine bevorzugt versetzt zu einer Strahlaustrittsöffnung (5) des
Laserbearbeitungskopfs (3) angeordnete Gasdüse (7), gekennzeichnet durch eine Bewegungseinrichtung (6) zur Bewegung, insbesondere zur Verschiebung der Gasdüse (7) relativ zum Laserbearbeitungskopf (3) zwischen einer werkstückfernen Parkposition (P) zum Schutz der Gasdüse (7) vor
Verschmutzung und einer werkstücknahen Arbeitsposition (A) zum Aufbringen eines Gasstroms auf die Bearbeitungsstelle (B).
2. Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 , weiter umfassend eine Steuerungseinheit (15) zur Steuerung der Bewegung der Gasdüse (7) in Abhängigkeit von einem an der jeweiligen Bearbeitungsstelle (B) durchzuführenden Bearbeitungsprozess und/oder in Abhängigkeit vom Gasfluss durch die Gasdüse (7).
3. Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Gasdüse (7) an einem werkstückseitigen Ende einer Kolbenstange (9) gebildet oder befestigt ist, die eine Axialbohrung (11 ) zur Gaszuführung an die Gasdüse (7) aufweist.
4. Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, bei dem die Bewegungseinrichtung (6) einen doppelt wirkenden Pneumatikzylinder (8) aufweist, in dem die Kolbenstange (9) geführt ist.
5. Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Kolbenstange (9) zur verdrehsicheren Führung eine nicht radialsymmetrische Außenkontur aufweist.
6. Verfahren zum Laserbearbeiten eines Werkstücks (2), umfassend: Ausrichten eines Laserstrahls (4) auf eine Bearbeitungsstelle (B) an dem Werkstück (2) mittels eines Laserbearbeitungskopfs (3), gekennzeichnet durch
Bewegen, insbesondere Verschieben, mindestens einer bevorzugt versetzt zu einer Strahlaustrittsöffnung (5) des Laserbearbeitungskopfs (3) angeordneten Gasdüse (7) relativ zum Laserbearbeitungskopf (3) aus einer werkstückfernen Parkposition (P) zum Schutz der Gasdüse (7) vor Verschmutzung in eine werkstücknahe Arbeitsposition (A) zum Aufbringen eines Gasstroms auf die Bearbeitungsstelle (B).
7. Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend:
Steuern der Bewegung der Gasdüse (7) in Abhängigkeit von einem an der jeweiligen Bearbeitungsstelle (B) durchzuführenden Bearbeitungsprozess und/oder in Abhängigkeit vom Gasfluss durch die Gasdüse (7).
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