WO2013030328A1 - Schneideinrichtung mit einer mehrachsig bewegelichen, programmierbaren habdhabungseinrichtung und mit mehreren umfangseitig am werkstück verteilt angeordneten schneidköpfen - Google Patents

Schneideinrichtung mit einer mehrachsig bewegelichen, programmierbaren habdhabungseinrichtung und mit mehreren umfangseitig am werkstück verteilt angeordneten schneidköpfen Download PDF

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workpiece
cutting device
cutting head
head assembly
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Günther Reverchon
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Conntronic Prozess- Und Automatisierungstechnik Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a cutting device and a cutting method for workpieces, in particular pipes, having the features in the preamble of the process and
  • Cut or separate laser cutting heads wherein a single laser cutting head is moved around the workpiece or the tube is rotated relative to a stationary laser cutting head.
  • the invention solves this problem with the features in the method and device main claim.
  • the movement device can be designed in many different ways.
  • the workpiece may be moved relative to a stationary cutting head assembly, preferably rotated.
  • the kinematics can also be reversed, wherein the cutting head assembly is moved relative to the stationary workpiece.
  • Cutting head assembly are moved relative to each other and in a coordinated manner.
  • the movement device is designed accordingly for this purpose.
  • a kinematic simple holding or tensioning device can be used, which, e.g. stationary
  • a holding device is arranged and possibly manually loaded.
  • a holding device may also be limited in mobility, e.g. only has a linear or rotational feed axis.
  • the workpiece is multi-axis
  • movable handling device in particular a
  • the movement device can
  • the cutting head assembly has a plurality of spaced around the workpiece inside and / or outside arranged cutting heads, which from different directions one
  • Cutting head distribution can be chosen so that the emitted cutting beams have different solid angles. You can cut in the projection together on a central axis of the workpiece. Due to the different solid angles and in particular also a preferably odd number of cutting heads, diametrically opposite cutting head positions and thus a mutual radiation bombardment of the cutting heads can be avoided.
  • the cutting device can have an inlet and outlet for the workpieces.
  • the feeder can be defined or undefined, with possibly a sensor system, in particular a digital measuring camera, detecting the actual position of the workpiece and correspondingly controlling the movement device.
  • the workpiece removal can be random or when separating different workpiece parts with a targeted
  • Positioning device for the cutting head assembly is particularly favorable for easy supply and removal of workpieces.
  • the cutting device can also be a
  • Cleaning device in particular a blowing device for the tubular workpieces, have.
  • a handling device can change its gripping position on the workpiece as needed.
  • the cutting technique can work with different types of cutting jets. Preferably come from
  • Figure 1 a cutting device with a
  • Figure 2 a partially broken perspective
  • Figure 3 a perspective view of
  • FIG. 4 shows a side view of the arrangement of FIG. 3,
  • Figure 5 a plan view according to arrow V of the arrangement of
  • Figure 6 another side view according to arrow VI of
  • the invention relates to a cutting device (1) for workpieces (2), in particular for pipes.
  • the invention further relates to a method for cutting, in particular cutting, of workpieces (2).
  • the workpieces can be of any type and size. It is preferably tubular workpieces (2) having a jacket (7) and an inner cavity (8).
  • the workpieces (2) can also be massive. They can have a straight or curved shape. In addition, they may have one or more laterally projecting lugs (9) or arms.
  • FIG. 1 shows these
  • the workpieces (2) can also have a branched training. They can be one-piece or multi-piece. You also have to work on the
  • Workpiece area in particular the cutting or
  • Separation point (11) has a preferably central axis (10) and possibly a straight extension.
  • the workpieces (2) consist of a
  • Non-ferrous metals can consist of any other materials.
  • the workpieces (2) can be in
  • the cutting device (1) has a cutting head arrangement (3) with a plurality of cutting heads (18, 19, 20), which
  • the cutting device (1) has a
  • the cutting head assembly (3) has a plurality of cutting heads (18,19,20) whose number is selectable. There are at least two, preferably three or more cutting heads (18,19,20) available. The cutting head number is preferably odd. as shown in FIGS. 1 and 2, e.g. clarify, are the
  • Cutting heads evenly distributed around the outside of the workpiece (2).
  • the arrangement may alternatively be within a correspondingly large workpiece (2).
  • Cutting heads (18, 19, 20) emit one each
  • the cutting heads (18, 19, 20) are preferably distributed in this way arranged that the emitted snow jets (21) have different solid angles and are not aligned. This avoids mutual damage of the cutting heads (18,19,20) in operation.
  • the cutting heads (18,19,20) are arranged in a ring inside or outside of the workpiece (2). In the embodiments shown, they are in a circle or ring
  • the cutting head assembly (3) is centric to the workpiece (2) and thereby preferably arranged and aligned centrically to the central axis (10).
  • (18, 19, 20) may also be located in a common plane in the cutting head assembly (3).
  • the cutting heads (18,19,20) are preferably formed similar. They each emitted at least one cutting jet (21) to the workpiece (2). This high-energy beam causes a material removal upon impact, e.g. by thermal evaporation, on the workpiece (2),
  • a pipe (2) can thereby be divided into several pipe segments. Furthermore, it is possible to have one or more arbitrarily shaped openings (s), e.g. an oval slot or the like. to form on the tube jacket (7) or on a projection (9). For example, in the tubular projection (9) shown in FIG.
  • the cutting heads (18,19,20) are formed as a laser cutting heads and emit one or more laser beams (21).
  • the laser beams are suitably penetrated by one in the Cutting head (18,19,20) integrated optics guided and focused.
  • the cutting heads (18,19,20) can have a fixed focal length. You can alternatively have a variable focal length and a controllable focal length adjustment, such as an autofocus system. The focus position on
  • the cutting device (1) has in the shown
  • Embodiment a common beam source (22), e.g. a laser beam source, for the multiple cutting heads
  • the beam source (22) may be e.g. stationarily and externally arranged as well as via trackable lines (23), e.g. flexible fiber optic cable, with the
  • Cutting heads (18,19,20) connected.
  • the beam source (22) may be switchable and controllable in its performance.
  • the cutting heads (18,19,20) are also individually or jointly switchable and controllable in their performance.
  • a beam influence can e.g. through beam splitters,
  • the movement device (4) For the generation of the desired beam and Schneid Contrection. Separate kinematics, the movement device (4) is provided. In the embodiment shown, it has a handling device (12) for the workpiece (2) and a positioning device (24) for the
  • Cutting head assembly (3) The workpiece (2) and the cutting head assembly (3) can thereby relative
  • the handling device (12) and the positioning device (24) can be controlled jointly and in a mutually coordinated manner.
  • a common control (16) is preferably provided.
  • the handling device (12) can have one or more rotational and / or translational movement axes. In the embodiment shown, it is designed as a multi-axially movable and programmable robot (13), which can be designed as articulated arm robot with five, six or more axes, for example, and the
  • Robotic hand (14) has a possibly changeable
  • Holding tool (15) for at least one workpiece (2) carries.
  • the robot (13) may be e.g. be designed as a linear robot with translational axes or may have a combination of translational and rotary axes in a further modification.
  • the robot (13) may comprise a robot controller into which the aforementioned common control (16) is implemented, e.g. in the form of additional robot axes.
  • the handling device (12) can hold the workpiece (2) in a rest position or can move the workpiece (2).
  • Handling device (2) can also perform transport and delivery movements to the processed
  • a workpiece feed (5) may be present, on which the workpieces (2) are received in a defined or undefined position by the handling device (12).
  • the cutting device (1) can work fully automatically.
  • an encompassing device (17) can be arranged, into which the handling device (12), if necessary, a Insert workpiece end and temporarily fix it, as well as grasp and pick up another part of the workpiece.
  • a cleaning device (38) may be located in said work area, for example as
  • Blowing device is formed and blows out of the held down pipe (2) separating particles, impurities, etc.
  • the handling device (12) positions the workpiece (2) in the intended position relative to
  • Cutting head arrangement (3) In the illustrated embodiment, the positioning is centric and with
  • Robot control with path programming and a gripping of the workpiece (2) to be ensured from a defined position Robot control with path programming and a gripping of the workpiece (2) to be ensured from a defined position.
  • the workpiece (2) Robot control with path programming and a gripping of the workpiece (2) to be ensured from a defined position.
  • Cutting device (1) have a sensor (37) at a suitable location, which detects the position and orientation of the workpiece (2) and, if necessary, for a
  • the sensor (37) may e.g. arranged stationary in accordance with Figure 1 and on the
  • Be directed processing station It can alternatively or additionally to the handling device (12) and / or the workpiece feed (5) and / or the
  • Cutting head assembly (3) may be arranged.
  • the sensor (37) can be designed in any suitable manner, e.g. as an optical measuring system,
  • the sensors (37) may also be connected to the controller (16). It can be used for detecting the workpiece position when picking up and / or for detecting the workpiece position (position and orientation) at the processing point.
  • Cutting head assembly (3) during the cutting or cutting process relative to the stationary workpiece (2) moves.
  • it has a positioning device (24) whose
  • the positioning device (24) has e.g. a rigid or movable frame (25) for the cutting head assembly (3).
  • the positioning device (24) further includes one or more controllable actuating device (s) (26, 27) for the cutting heads (18, 19, 20). These can be positioned and / or moved and / or aligned by the adjusting device (s) (26, 27) relative to the workpiece (2).
  • the cutting heads (18,19,20) can thanks to the
  • Adjusting device (s) (26,27) to be adjustable by at least one spatial axis.
  • an adjustability is given by five axes.
  • the frame (25) is e.g. from a plate or
  • the carrier (29) may be annular, e.g. annular, be formed and form a support ring.
  • the cutting heads (18,19,20) are arranged in the aforementioned distribution and preferably in a common plane.
  • an adjusting device (26) is associated with the frame (25). This one can
  • the rotating device (30) can cooperate with the carrier (29) and a turntable (31) with a suitable controllable rotary drive, eg a
  • the carrier (29) forms the rotatable part of the turntable (31), wherein the non-rotatable part of the turntable (31) is connected to the base (28).
  • the lifting device (33) is arranged between the base (28) and the carrier (29) or the turntable (31). It has several individually or jointly controllable
  • the lifting elements (34) are preferably arranged in the same number and distribution as the cutting heads (18, 19, 20) and are located directly underneath them.
  • the lifting elements are preferably arranged in the same number and distribution as the cutting heads (18, 19, 20) and are located directly underneath them.
  • the turntable (31) in the axial direction of the axis (10) can be raised and lowered. It can also be tilted by different height adjustment of the lifting elements (34).
  • the kinematics are exemplified and shown schematically. The tilting axis may be selected, e.g. according to Figure 6 centrally and in the main plane of the turntable (31) and
  • Carrier (29) lie and can e.g. the central axis (10) at right angles or cut obliquely.
  • the adjusting device (27) can the cutting heads
  • the adjusting device (27) has for this purpose one or more adjusting elements (35,36).
  • An actuator (35) may e.g. when
  • Swiveling device be formed with the one
  • Cutting head (18,19,20) relative to the carrier (29) can be pivoted up or down, as shown in Figure 6 at the cutting head (19) is shown in dashed lines.
  • Another adjusting element (36) can be designed as a setting device, for example as a controllable linear slide, which can provide a delivery of the cutting head (18, 19, 20) into
  • the three cutting heads (18, 19, 20) are turned by an angle of e.g. Rotated 120 ° or slightly more, with their cutting jaws (21) the shell (7) cut annularly and separate a workpiece segment, which then falls freely down.
  • a workpiece discharge (6) e.g. a conveyor belt or the like , be arranged on the the
  • Pipe segments, a selection and distribution and a separate removal take place.
  • the direction of rotation of the cutting head assembly (3) is arbitrary. It can change or reverse with the process steps, whereby the one separating cut by a
  • the size of the angle of rotation of the cutting head assembly (3) depends on the number and arrangement of
  • a workpiece part (2) are completely separated.
  • slits or perforations may be made along one of e.g. circumferential cutting or cutting point (11) on the workpiece (2), in particular on the jacket (7), are introduced.
  • the workpiece parts can still remain connected to each other.
  • one or more openings on the workpiece (2) or jacket (7) can be attached with any contour and direction.
  • one or more cutting heads (18,19,20) one or more openings on the workpiece (2) or jacket (7) can be attached with any contour and direction.
  • Handling device (12) positioned in a corresponding position relative to the cutting head assembly (3), wherein one or more cutting jets (21) through the
  • Actuator (s) (26,27) are moved along the cutting or separation point (11) accordingly.
  • the workpiece (2) and the projection (9) at the cutting or separating points (11) have a rotationally symmetrical, circular contour and are each with aligned axes (10)
  • the workpiece or lug contour may have a non-rotationally symmetric shape and may be e.g. prismatic or oval, in particular elliptical.
  • Focus position as needed to control the radiation energy introduced at the point of impact and to create a correspondingly strong or weak material removal, eg for a perforation.
  • the same can also be achieved by a corresponding control of the emitted and, for example, pulsed modulated beam energy. Modifications of the shown and described
  • the handling device (12) can move the workpiece (2) e.g. rotate about the axis (10) relative to a rotationally fixed cutting head assembly (3). It is
  • the structural design and mobility of the frame (25) may vary.
  • the number and arrangement of the axes of movement of the actuator (26) may be smaller or larger.
  • the rotating device (30) and / or the lifting device (33) can be dispensed with, wherein the frame (25) e.g. can also be rigid.
  • the movement device (4) can in this case only a multi-axially movable handling device (12)
  • a multi-axially movable handling device (12) can be dispensed with, using instead a rigid or only a very limited movable holding device (12), which is used, for example. only performs an axial feed movement of the workpiece (2) along the axis (10).
  • the movement device (4) in this case comprises priority or only the
  • the lifting device (33) can be used with a straight guide
  • a tilt can be dispensed with, or the tilt axis can be placed at a defined point and by a defined
  • the rotator (30) may be disposed on the base (28). The shown
  • Frame design with base ring (28) and support ring (29) can also be replaced by a base plate and single carrier for each cutting head (18,19,20), wherein the cutting heads (18,19,20) any number and arrangement of control axes and actuators can have. On a rotation of the cutting head assembly (3) about the axis (10) can be omitted if necessary.
  • the cutting heads (18,19,20) can according to the
  • Embodiments are designed and arranged as individual and separate units. As an alternative to at least one ring-shaped or bow-shaped unit, they can be combined with a common housing which emits at least one cutting beam (21) at a plurality of spatially separated locations. This unit can be a central
  • Embodiments with directional beam emission by an external adjustment or movement of a cutting head (18,19,20) by means of an adjusting device (26,27), in particular by means of
  • Adjusting elements take place.
  • this definition also includes the variant of an intra-head Beam influence on.
  • a cutting head (18, 19, 20) can eg have a controllable (16) scanner optics with adjustable, in particular pivotable optical elements,
  • the scanner optics can deflect the outgoing beam (21) in different directions. It can replace or supplement the pivotable adjusting device (35). Also the aforementioned
  • Focal length adjustment is such an intra-head
  • the optical sensor (37) may be integrated into one or more cutting heads (18, 19, 20) and, e.g. in the internal beam path
  • the cutting device (1) can produce other types of cutting jets (21) in a further modification and
  • control element 35 control element, swivel device Control element, adjusting device, carriage sensor system, optical measuring system

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schneideinrichtung (1) und ein Schneidverfahren für Werkstücke (2, 7), insbesondere Rohre (2, 7). Die Schneideinrichtung (1) weist eine mehrachsig bewegliche, programmierbare Handhabungseinrichtung (12) für Transport, Zustellung und Positionierung des Werkstücks (2, 7) an der Bearbeitungsstelle auf. Ferner weist die Schneideeinrichtung (1) eine Schneidkopfanordnung (3) mit mehreren umfangseitig am Werkstück (2) verteilt angeordneten und auf das Werkstück (2) gerichteten Schneidköpfen (18, 19, 20) sowie eine Bewegungseinrichtung (4) zur Erzeugung einer Relativbewegung, insbesondere eine Relativdrehung, zwischen der Schneidkopfanordnung (3) und dem Werkstück (2) beim Schneidprozess auf.

Description

BESCHREIBUNG
SCHNEIDEINRICHTUNG MIT EINER MEHRACHSIG BEWEGELICHEN,
PROGRAMMIERBAREN HABDHABUNGSEINRICHTUNG UND MIT MEHREREN UMFANGSEITIG AM WERKSTÜCK VERTEILT ANGEORDNETEN SCHNEIDKÖPFEN
Die Erfindung betrifft eine Schneideinrichtung und ein Schneidverfahren für Werkstücke, insbesondere Rohre, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und
Vorrichtungshauptanspruchs .
Aus der Praxis ist es bekannt, Rohre mit
Laserschneidköpfen abzuschneiden bzw. zu trennen, wobei ein einzelner Laserschneidkopf rund um das Werkstück herumbewegt wird oder das Rohr relativ zu einem stehenden Laserschneidkopf gedreht wird. Hierbei liegt die
Trennebene senkrecht zur Rohrachse.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Schneidtechnik aufzuzeigen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruch.
Die beanspruchte Schneidkopfanordnung hat den Vorteil, dass der Trennschnitt von mehreren Schneidköpfen
gleichzeitig und gemeinsam durchgeführt wird. Dies
verkürzt einerseits die Prozesszeit. Andererseits kann bei einer Bewegung der Schneidköpfe relativ zum Werkzeug der Bewegungsweg verkleinert und ggf. reversiert werden. Dies erleichtert und vereinfacht die Strahlzuführung oder
Leitungsführung .
Bei der beanspruchten Schneidtechnik kann die Kinematik der Relativbewegung zwischen Werkstück und
Schneidkopfanordnung in unterschiedlicher Weise
ausgebildet und kann auch veränderlich sein. Durch die Bewegungseinrichtung und deren Kinematik können
unterschiedlichste Schnitte an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks gesetzt werden. Mit der Schneidtechnik können insbesondere an einem Werkstück, vorzugsweise einem rohrförmigen Werkstück, Trennschnitte am Umfang mit beliebigem Verlauf und beliebiger Ausrichtung gesetzt werden. Es ist außerdem möglich, an anderen
Werkstückstellen, z.B. an seitlichen Ansätzen, weitere
Trennschnitte zu setzen. Außerdem ist es möglich, am
Werkstückmantel beliebig geformte Löcher bzw. insbesondere Wanddurchbrüche auszuschneiden. Die Bewegungseinrichtung kann in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein. Das Werkstück kann relativ zu einer ruhenden Schneidkopfanordnung bewegt, vorzugsweise gedreht werden. Die Kinematik kann auch umgekehrt sein, wobei die Schneidkopfanordnung relativ zum ruhenden Werkstück bewegt wird. In Abwandlung können ferner das Werkstück und die
Schneidkopfanordnung relativ zueinander und in aufeinander abgestimmter Weise bewegt werden. Die Bewegungseinrichtung ist hierfür entsprechend ausgebildet Für das Werkstück kann eine kinematisch einfache Halteoder Spanneinrichtung genügen, die z.B. stationär
angeordnet ist und ggf. manuell beschickt wird. Eine Halteeinrichtung kann auch begrenzt beweglich sein, wobei sie z.B. nur eine lineare oder rotatorische Zustellachse hat.
Vorzugsweise ist für das Werkstück eine mehrachsig
bewegliche Handhabungseinrichtung, insbesondere ein
Roboter, vorgesehen. Die Bewegungseinrichtung kann
alternativ oder zusätzlich eine Positioniereinrichtung mit ein oder mehreren steuerbaren Stelleinrichtungen für die Bewegung der Schneidköpfe aufweisen, ggf. unter Einsatz eines Gestells. In den Unteransprüchen sind hierfür unterschiedliche Ausführungsformen angegeben. Die Schneidkopfanordnung weist mehrere um das Werkstück innen und/oder außen verteilt angeordnete Schneidköpfe auf, die aus unterschiedlichen Richtungen einen
Schneidstrahl auf das Werkstück richten. Die
SchneidkopfVerteilung kann so gewählt werden, dass die emittierten Schneidstrahlen unterschiedliche Raumwinkel haben. Sie können sich dabei in der Projektion gemeinsam an einer zentralen Achse des Werkstücks schneiden. Durch die unterschiedlichen Raumwinkel und insbesondere auch eine vorzugsweise ungerade Zahl von Schneidköpfen können einander diametral gegenüberliegende Schneidkopflagen und damit ein gegenseitiger Strahlenbeschuss der Schneidköpfe vermieden werden. Die Schneideinrichtung kann eine Zu- und Abführung für die Werkstücke aufweisen. Die Zuführung kann definiert oder Undefiniert sein, wobei ggf. eine Sensorik, insbesondere eine digitale Messkamera, die Ist-Lage des Werkstücks erfasst und die Bewegungseinrichtung entsprechend steuert. Die Werkstückabfuhr kann zufällig oder bei Abtrennung unterschiedlicher Werkstückteile mit einer gezielten
Verteilung erfolgen.
Die Anordnung eines Gestells mit einer
Positioniereinrichtung für die Schneidkopfanordnung ist für die einfache Zu- und Abfuhr von Werkstücken besonders günstig. Die Schneidvorrichtung kann auch eine
Reinigungsvorrichtung, insbesondere eine Blasvorrichtung für die rohrförmigen Werkstücke, aufweisen. Mittels einer Umgreifeinrichtung kann eine Handhabungseinrichtung ihre GreifStellung am Werkstück bei Bedarf ändern.
Die Schneidtechnik kann mit unterschiedlichen Arten von Schneidstrahlen arbeiten. Vorzugsweise kommen
Laserschneidköpfe und emittierte Laserstrahlen zum
Einsatz. Alternativ können andere energiereiche Strahlen, z.B. Hochdruck-Wasserstrahlen, Plasmastrahlen, Elektronenstrahlen oder dgl . von entsprechend geeigneten Schneidköpfen emittiert werden.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
Figur 1 : eine Schneideinrichtung mit einer
Handhabungseinrichtung für ein Werkzeug und einer Positioniereinrichtung für eine
Schneidkopfanordnung in einer schematischen
Seitenansicht ,
Figur 2: eine teilweise abgebrochene perspektivische
Ansicht der Schneideinrichtung von Figur 1,
Figur 3: eine perspektivische Ansicht der
Schneidkopfanordnung und deren
Positioniereinrichtung von Figur 2 in einer anderen perspektivischen Ansicht,
Figur 4: eine Seitenansicht der Anordnung von Figur 3,
Figur 5: eine Draufsicht gemäß Pfeil V der Anordnung von
Figur 4 und
Figur 6: eine andere Seitenansicht gemäß Pfeil VI der
Anordnung von Figur 4.
Die Erfindung betrifft eine Schneideinrichtung (1) für Werkstücke (2), insbesondere für Rohre. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schneiden, insbesondere Trennen, von Werkstücken (2) .
Die Werkstücke können von beliebiger Art und Größe sein. Bevorzugt handelt es sich um rohrförmige Werkstücke (2), die einen Mantel (7) und einen innenliegenden Hohlraum (8) aufweisen. Die Werkstücke (2) können auch massiv sein. Sie können eine gerade oder gebogene Formgebung aufweisen. Außerdem können sie einen oder mehrere seitlich abstehende Ansätze (9) oder Arme besitzen. Figur 1 zeigt diese
Anordnung. Die Werkstücke (2) können auch eine verzweigte Ausbildung haben. Sie können einteilig oder mehrteilig sein. Sie haben ferner an dem zu bearbeitenden
Werkstückbereich, insbesondere der Schneid- oder
Trennstelle (11) eine vorzugsweise zentrale Achse (10) und ggf. eine gerade Erstreckung. Vorzugsweise bestehen die Werkstücke (2) aus einem
metallischen Material, insbesondere aus Stahl oder
Buntmetallen. Alternativ können sie aus beliebigen anderen Werkstoffen bestehen. Die Werkstücke (2) können in
beliebiger Weise hergestellt sein. Beispielsweise kann es sich um Hydroformteile, EMK-Formteile, Gussteile, Zieh¬ oder Walzteile, Schweißteile oder dgl . handeln.
Die Schneideinrichtung (1) weist eine Schneidkopfanordnung (3) mit mehreren Schneidköpfen (18,19,20) auf, die
umfangseitig um das Werkstück (2) verteilt angeordnet sind. Ferner hat die Schneideinrichtung (1) eine
Bewegungseinrichtung (4) zur Erzeugung einer
Relativbewegung zwischen der Schneidkopfanordnung (3) und dem Werkstück (2) .
Die Schneidkopfanordnung (3) weist mehrere Schneidköpfe (18,19,20) auf, deren Zahl wählbar ist. Es sind mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehr Schneidköpfe (18,19,20) vorhanden. Die Schneidkopfzahl ist vorzugsweise ungerade. wie Figur 1 und 2 z.B. verdeutlichen, sind die
Schneidköpfe gleichmäßig verteilt außen um das Werkstück (2) angeordnet. Die Anordnung kann alternativ innerhalb eines entsprechend großen Werkstücks (2) sein. Die
Schneidköpfe (18,19,20) emittieren jeweils einen
Schneidstrahl (21) und sind mit unterschiedlichen
Strahlorientierungen auf das Werkstück (2) gerichtet. Die Schneidköpfe (18,19,20) sind vorzugsweise derart verteilt angeordnet, dass die emittierten Schneistrahlen (21) unterschiedliche Raumwinkel haben und nicht miteinander fluchten. Dies vermeidet gegenseitige Beschädigungen der Schneidköpfe (18,19,20) im Betrieb.
Die Schneidköpfe (18,19,20) sind in einem Ring innen oder außen um das Werkstück (2) angeordnet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind sie im Kreis oder Ring
außerhalb des Werkstücks (2) angeordnet. Vorzugsweise ist die Schneidkopfanordnung (3) zentrisch zum Werkstück (2) und dabei vorzugsweise zentrisch zu der zentralen Achse (10) angeordnet und ausgerichtet. Die Schneidköpfe
(18,19,20) können sich auch in einer gemeinsamen Ebene in der Schneidkopfanordnung (3) befinden.
Die Schneidköpfe (18,19,20) sind vorzugsweise gleichartig ausgebildet. Sie emittierten jeweils mindestens einen Schneidstrahl (21) zum Werkstück (2). Diese energiereiche Strahl bewirkt beim Auftreffen einen Materialabtrag, z.B. durch thermisches Verdampfen, am Werkstück (2),
insbesondere am Mantel (7) eines Rohres. Hierdurch kann ein Werkstückteil an einer Schneidstelle (11), z.B. einer umfangseitig umlaufenden Trennstelle, abgeschnitten oder ausgeschnitten werden. Ein Rohr (2) kann hierdurch in mehrere Rohrsegmente unterteilt werden. Ferner ist es möglich, eine oder mehrere beliebig geformte Öffnung(en), z.B. ein ovales Langloch oder dgl . , am Rohrmantel (7) oder an einem Ansatz (9) zu bilden. Beispielsweise kann bei dem in Figur 1 gezeigten, rohrförmigen Ansatz (9) der
Verschluss bzw. die Kappe an der Trennstelle (11)
abgeschnitten und die Ansatz- oder Rohrmündung nach außen geöffnet werden.
Im gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Schneidköpfe (18,19,20) als Laserschneidköpfe ausgebildet und emittieren eine oder mehrere Laserstrahlen (21) . Die Laserstrahlen werden in geeigneter Weise durch eine in den Schneidkopf (18,19,20) integrierte Optik geführt und fokussiert. Die Schneidköpfe (18,19,20) können eine feste Brennweite haben. Sie können alternativ eine veränderliche Brennweite und eine steuerbare Brennweitenverstellung, z.B. ein Autofokussystem, besitzen. Die Fokuslage am
Werkstück (2) kann hierdurch gesteuert werden.
Die Schneideinrichtung (1) weist in der gezeigten
Ausführungsform eine gemeinsame Strahlquelle (22), z.B. eine Laserstrahlquelle, für die mehreren Schneidköpfe
(18,19,20) auf. Die Strahlquelle (22) kann z.B. stationär und extern angeordnet sowie über nachführbare Leitungen (23), z.B. flexible Lichtleitfaserkabel , mit den
Schneidköpfen (18,19,20) verbunden sein. Die Strahlquelle (22) kann schaltbar und in ihrer Leistung steuerbar sein. Die Schneidköpfe (18,19,20) sind ebenfalls einzeln oder gemeinsam schaltbar und in ihrer Leistung steuerbar. Eine Strahlbeeinflussung kann z.B. durch Strahlteiler,
Strahlweichen oder dgl . erfolgen. In Abwandlung der gezeigten Ausführungsform können die Schneidköpfe
(18,19,20) jeweils eine eigene Strahlquelle (22)
aufweisen, die ggf. auch am Schneidkopf angeordnet ist. Zur Sicherung kann eine umgebende Laserkabine vorhanden sein .
Für die Erzeugung der gewünschten Strahl- und Schneidbzw. Trennkinematik ist die Bewegungseinrichtung (4) vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform weist sie eine Handhabungseinrichtung (12) für das Werkstück (2) und eine Positioniereinrichtung (24) für die
Schneidkopfanordnung (3) auf. Das Werkstück (2) und die Schneidkopfanordnung (3) können hierdurch relativ
zueinander bewegt werden. Die Handhabungseinrichtung (12) und die Positioniereinrichtung (24) können gemeinsam und in einer gegenseitig abgestimmten Weise gesteuert werden. Hierfür ist vorzugsweise eine gemeinsame Steuerung (16) vorgesehen . Die Handhabungseinrichtung (12) kann eine oder mehrere rotatorische und/oder translatorische Bewegungsachsen aufweisen. In der gezeigten Ausführungsform ist sie als mehrachsig beweglicher und programmierbarer Roboter (13) ausgebildet, der z.B. als Gelenkarmroboter mit fünf, sechs oder mehr Achsen ausgeführt sein kann und der am
abtriebseitigen Ende eine mehrachsige Hand oder
Roboterhand (14) besitzt, die ein ggf. wechselbares
Haltewerkzeug (15) für mindestens ein Werkstück (2) trägt. Alternativ kann der Roboter (13) z.B. als Linearroboter mit translatorischen Achsen ausgeführt sein oder kann in weiterer Abwandlung eine Kombination von translatorischen und rotatorischen Achsen aufweisen. Der Roboter (13) kann eine Robotersteuerung aufweisen, in welche die vorerwähnte gemeinsame Steuerung (16) implementiert ist, z.B. in Form von zusätzlichen Roboterachsen.
Die Handhabungseinrichtung (12) kann beim Schneid- oder Trennprozess das Werkstück (2) in einer Ruheposition halten oder kann das Werkstück (2) bewegen. Die
Handhabungseinrichtung (2) kann ferner Transport- und Zustellbewegungen ausführen, um die zu bearbeitenden
Werkstückstellen in die gewünschte Position und
Orientierung gegenüber der Schneidkopfanordnung (3) zu bringen .
Im Arbeitsbereich der Handhabungseinrichtung (12) kann eine Werkstückzuführung (5) vorhanden sein, an der die Werkstücke (2) in einer definierten oder Undefinierten Lage von der Handhabungseinrichtung (12) aufgenommen werden. Die Schneideinrichtung (1) kann vollautomatisch arbeiten . Ferner kann im Arbeitsbereich der Handhabungseinrichtung (12) eine Umgreifeinrichtung (17) angeordnet sein, in welche die Handhabungseinrichtung (12) bedarfsweise ein Werkstückende einführen und temporär fixieren sowie an einer anderen Werkstückstelle greifen und wieder aufnehmen kann. Auch eine Reinigungsvorrichtung (38) kann sich im besagten Arbeitsbereich befinden, die z.B. als
Blaseinrichtung ausgebildet ist und die aus dem hin gehaltenen Rohr (2) Trennpartikel, Verunreinigungen etc. ausbläst .
Die Handhabungseinrichtung (12) positioniert das Werkstück (2) in der vorgesehenen Position relativ zur
Schneidkopfanordnung (3). Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Positionierung zentrisch und mit
zusammenfallenden Achsen, wobei die Achse (10) am zu bearbeitenden Werkstückabschnitt zugleich die zentrale Achse der Werkstückanordnung (3) ist.
Das exakte Positionieren und Orientieren des Werkstücks
(2) an der Bearbeitungsstelle kann durch die
RoboterSteuerung mit Bahnprogrammierung und ein Greifen des Werkstücks (2) aus definierter Lage gewährleistet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die
Schneideinrichtung (1) eine Sensorik (37) an geeigneter Stelle aufweisen, welche die Position und Orientierung des Werkstücks (2) erfasst und bedarfsweise für eine
entsprechende Korrekturbeeinflussung der
Bewegungseinrichtung (4) sorgt. Die Sensorik (37) kann z.B. gemäß Figur 1 stationär angeordnet und auf die
Werkstückzuführung (5) und/oder die Prozess- oder
Bearbeitungsstelle gerichtet sein. Sie kann alternativ oder zusätzlich an der Handhabungseinrichtung (12) und/oder der Werkstückzuführung (5) und/oder der
Schneidkopfanordnung (3) angeordnet sein.
Die Sensorik (37) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein, z.B. als optisches Messsystem,
insbesondere als Vision-System mit einer digitalen
Messkamera und einer Bildauswertung. Die Sensorik (37) kann ebenfalls mit der Steuerung (16) verbunden sein. Sie kann zur Detektion der Werkstücklage beim Aufnehmen und/oder zur Detektion der Werkstücklage (Position und Orientierung) an der Bearbeitungsstelle benutzt werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die
Schneidkopfanordnung (3) beim Schneid- oder Trennprozess relativ zum ruhenden Werkstück (2) bewegt. Hierfür weist sie eine Positioniereinrichtung (24) auf, deren
Bestandteile in Figur 3 bis 6 näher dargestellt sind.
Die Positioniereinrichtung (24) weist z.B. ein starres oder bewegliches Gestell (25) für die Schneidkopfanordnung (3) auf. Die Positioniereinrichtung (24) beinhaltet ferner eine oder mehrere steuerbare Stelleinrichtung (en) (26,27) für die Schneidköpfe (18,19,20). Diese können durch die Stelleinrichtung (en) (26,27) relativ zum Werkstück (2) positioniert und/oder bewegt und/oder ausgerichtet werden. Die Schneidköpfe (18,19,20) können dank der
Stelleinrichtung (en) (26,27) um mindestens eine Raumachse verstellbar sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Verstellbarkeit um fünf Achsen gegeben.
Das Gestell (25) wird z.B. von einer platten- oder
ringförmigen Basis (28) und einem mit Abstand darüber angeordneten Träger (29) gebildet, an oder auf dem die Schneidkopfanordnung (3) angeordnet ist. Der Träger (29) kann ringförmig, z.B. kreisringförmig, ausgebildet sein und einen Tragring bilden. Auf dem Träger (29) sind die Schneidköpfe (18,19,20) in der vorgenannten Verteilung und vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
In der gezeigten Ausführungsform ist dem Gestell (25) eine Stelleinrichtung (26) zugeordnet. Diese kann eine
Dreheinrichtung (30) und/oder eine Hubeinrichtung (33) aufweisen. Die Dreheinrichtung (30) kann mit dem Träger (29) zusammenwirken und einen Drehkranz (31) mit einem geeigneten steuerbaren Drehantrieb, z.B. einem
elektrischen Zahnkranzantrieb, aufweisen. Der Träger (29) bildet den drehbaren Teil des Drehkranzes (31), wobei der drehfeste Teil des Drehkranzes (31) mit der Basis (28) verbunden ist.
Die Hubeinrichtung (33) ist zwischen der Basis (28) und dem Träger (29) bzw. dem Drehkranz (31) angeordnet. Sie weist mehrere einzeln oder gemeinsam steuerbare
Hubelemente (34) auf, die z.B. als Linearantriebe
ausgebildet sind. Dies können elektromotorische
Spindeltriebe, Zahnstangentriebe, Zylinder oder dgl . sein. Die Hubelemente (34) sind vorzugsweise in gleicher Zahl und Verteilung wie die Schneidköpfe (18,19,20) angeordnet und befinden sich direkt unter diesen. Die Hubelemente
(34) sind an ihren Enden gelenkig mit dem Drehkranz (31) und der Basis (28) verbunden.
Durch die Hubeinrichtung (33) kann der Drehkranz (31) in Axialrichtung der Achse (10) gehoben und gesenkt werden. Er kann außerdem durch unterschiedliche Höhenverstellung der Hubelemente (34) gekippt werden. In Figur 6 sind die Kinematiken beispielhaft und schematisch dargestellt. Die Kippachse kann an wählbarer Stelle, z.B. gemäß Figur 6 zentrisch und in der Hauptebene von Drehkranz (31) bzw.
Träger (29) liegen und kann z.B. die zentrale Achse (10) im rechten Winkel oder schräg schneiden.
Die Stelleinrichtung (27) kann den Schneidköpfen
(18,19,20) direkt zugeordnet sein und kann deren
Verstellung relativ zum Gestell (25) bzw. zum Träger (29) oder zum Drehkranz (31) ermöglichen. Die Stelleinrichtung (27) weist hierfür ein oder mehrere Stellelemente (35,36) auf. Ein Stellelement (35) kann z.B. als
Schwenkeinrichtung ausgebildet sein, mit dem ein
Schneidkopf (18,19,20) relativ zum Träger (29) nach oben oder unten geschwenkt werden kann, wie dies in Figur 6 beim Schneidkopf (19) gestrichelt dargestellt ist. Ein anderes Stellelement (36) kann als ZuStelleinrichtung, z.B. als steuerbarer Linearschlitten, ausgebildet sein, die eine Zustellung des Schneidkopfes (18,19,20) in
Richtung des emittierten Schneidstrahls (21) relativ zum
Werkstück (2) bzw. zur Achse (10) ermöglicht. Die
Stelleinrichtung (en) (26,27) und deren Bestandteile
(30,32,33,34,35,36) sind mit der Steuerung (16) verbunden. in den gezeigten Ausführungsbeispielen wird zum Abtrennen eines Rohrsegments das Werkstück (2) von der
Handhabungseinrichtung (12) zentrisch zur
Schneidkopfanordnung (3) und zum Träger (29) positioniert, wobei die Schneidstrahlen (21) in einer gemeinsamen Ebene und senkrecht zur Achse (10) ausgerichtet sind. Durch
Betätigung der Dreheinrichtung (30) und des Drehkranzes (31) werden die drei Schneidköpfe (18,19,20) um einen Winkel von z.B. 120° oder etwas mehr gedreht, wobei sie mit ihren Schneidstrahlen (21) den Mantel (7) ringförmig durchschneiden und ein Werkstücksegment abtrennen, das dann frei nach unten fällt.
Unter der Schneidkopfanordnung (3) und ggf. innerhalb des Gestells (25) kann eine Werkstückabführung (6), z.B. ein Förderband oder dgl . , angeordnet sein, auf die das
abgetrennte Werkstückteil, insbesondere Rohrsegment, fällt und nach außen abtransportiert wird. Hierbei kann ggf. für unterschiedliche Werkstückteile, insbesondere
Rohrsegmente, eine Selektion und Verteilung sowie ein getrennter Abtransport stattfinden.
In einer anderen Variante kann die Schneidkopfanordnung (3) durch die Hubeinrichtung (33) gekippt und die
Wirkebene der Schneidstrahlen (21) schräg zum Werkstück (2) und seiner Achse (10) ausgerichtet werden. Durch eine Drehung der Schneidkopfanordnung (3) ergibt sich dann ein schräger Schnitt. In einer anderen Variante können während einer Drehung der Schneidkopfanordnung (3) die einzelnen Schneidköpfe
(18,19,20) eine eigene überlagerte Zusatzbewegung mittels des oder der Stellelemente (35,36) ausführen. Außerdem kann ggf. eine veränderliche Brennweite verstellt werden. Die Trennlinienkontur wird entsprechend verändert.
Die Drehrichtung der Schneidkopfanordnung (3) ist beliebig wählbar. Sie kann mit den Prozessschritten wechseln bzw. reversieren, wobei der eine Trennschnitt durch eine
Drehbewegung im Uhrzeigersinn und der nächste Trennschnitt durch eine Drehbewegung in entgegengesetzter Richtung ausgeführt wird. Die Leitungen (23) können dadurch
leichter und einfacher nachgeführt und geringer belastet werden. Die Größe des Drehwinkels der Schneidkopfanordnung (3) richtet sich nach der Zahl und Anordnung der
Schneidköpfe (18,19,20) und nach der Art des gewünschten Schneid- oder Trennvorgangs.
Mit der Schneidkopfanordnung (3) kann in der
vorbeschriebenen Weise ein Werkstückteil (2) vollkommen abgetrennt werden. Alternativ können Schlitze oder eine Perforation entlang einer z.B. umfangseitigen Schneid- oder Trennstelle (11) am Werkstück (2), insbesondere an dessen Mantel (7), eingebracht werden. Hierbei können die Werkstückteile noch miteinander verbunden bleiben.
Ferner können mit den einem oder mehreren Schneidköpfen (18,19,20) eine oder mehrere Öffnungen am Werkstück (2) bzw. Mantel (7) mit beliebiger Kontur und Verlaufsrichtung angebracht werden. Hierbei werden ein oder mehrere
emittierte Schneidstrahlen (21) über Ansteuerung der Schwenkeinrichtung (35) und der Dreheinrichtung (30) mit einem beliebig wählbaren geschlossenen oder offenen
Bahnverlauf bewegt. Zur Bildung einer Schneid- oder Trennstelle (11) an einem quer oder schräg abstehenden Ansatz (9) wird je nach
Werkstückgestaltung das Werkstück (2) von der
Handhabungseinrichtung (12) in entsprechender Lage relativ zur Schneidkopfanordnung (3) positioniert, wobei ein oder mehrere Schneidstrahlen (21) durch die
Stelleinrichtung (en) (26,27) entsprechend entlang der Schneid- oder Trennstelle (11) bewegt werden. im gezeigten Ausführungsbeispiel haben das Werkstück (2) und der Ansatz (9) an den Schneid- oder Trennstellen (11) eine rotationssymmetrische, kreisringförmige Kontur und sind dabei jeweils mit fluchtenden Achsen (10)
ausgerichtet. Die Strahlwege und die Fokuslagen sind dabei konstant und für alle Schneidköpfe (18,19,20) gleich. In Abwandlung kann die Werkstück- oder Ansatzkontur eine nicht rotationssymmetrische Form aufweisen und kann z.B. prismatisch oder oval, insbesondere elliptisch, sein. Bei der Relativdrehung von Werkstück (2) und
Schneidkopfanordnung (3) ergeben sich durch diese
Asymmetrien unterschiedliche Strahllängen bzw. Abstände zwischen Strahlauftreffstelle am Werkstück (2) und
zugehörigem Schneidkopf (18,19,20). Diese Änderungen können durch eine entsprechend abgestimmte Zustellbewegung des Stellelements (36) und/oder durch eine
Brennweitenverstellung des oder der Schneidköpfe
(18,19,20) berücksichtigt, insbesondere kompensiert werden. Ferner ist es möglich, durch Veränderung der
Fokuslage die am Auftreffpunkt eingebrachte Strahlenergie bedarfsweise zu steuern und einen entsprechend starken oder schwachen Materialabtrag, z.B. für eine Perforation, zu schaffen. Das Gleiche lässt sich auch durch eine entsprechende Steuerung der emittierten und z.B. ohnehin pulsweise modulierten Strahlenergie erreichen. Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen
Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Dies betrifft insbesondere die Kinematikvarianten. Die Handhabungseinrichtung (12) kann das Werkstück (2) z.B. um die Achse (10) relativ zu einer rotationsfest gehaltenen Schneidkopfanordnung (3) drehen. Es ist
außerdem möglich, sowohl das Werkstück (2), als auch die Schneidkopfanordnung (3) zu drehen und die Drehbewegungen aufeinander abzustimmen und zu überlagern. Dies ermöglicht eine weitere Verkürzung der Drehwinkel. Daneben sind weitere beliebige kinematische Varianten möglich.
In konstruktiver Hinsicht sind ebenfalls Abwandlungen möglich. Die konstruktive Ausbildung und Beweglichkeit des Gestells (25) kann variieren. Die Zahl und Anordnung der Bewegungsachsen der Stelleinrichtung (26) kann kleiner oder größer sein. Auf die Dreheinrichtung (30) und/oder die Hubeinrichtung (33) kann verzichtet werden, wobei das Gestell (25) z.B. auch starr ausgebildet sein kann. Die Bewegungseinrichtung (4) kann in diesem Fall nur eine mehrachsig bewegliche Handhabungseinrichtung (12)
aufweisen. In weiterer Abwandlung kann auf eine mehrachsig bewegliche Handhabungseinrichtung (12) verzichtet werden, wobei stattdessen eine starre oder nur sehr begrenzt bewegliche Halteeinrichtung (12) eingesetzt wird, die z.B. lediglich eine axiale Zustellbewegung des Werkstücks (2) entlang der Achse (10) ausführt. Die Bewegungseinrichtung (4) umfasst in diesem Fall vorrangig oder nur die
Positioniereinrichtung (24) zur Erzeugung der
Relativbewegung im Schneid- oder Trennprozess .
Ferner sind konstruktive Abwandlungen der
Stelleinrichtungen (26,27) und ihrer Elemente möglich. Die Hubeinrichtung (33) kann mit einer Geradführung
ausgestattet sein und nur eine axiale oder in anderer Weise gerichtete Hubbewegung ausführen. Auf ein Kippen kann verzichtet werden, oder die Kippachse kann an eine definierte Stelle gelegt und durch eine definierte
Lagerung gebildet werden. Ferner kann die Dreheinrichtung (30) an der Basis (28) angeordnet sein. Die gezeigte
Gestellausbildung mit Basisring (28) und Tragring (29) kann auch durch eine Grundplatte und Einzelträger für jeden Schneidkopf (18,19,20) ersetzt werden, wobei die Schneidköpfe (18,19,20) eine beliebige Zahl und Anordnung von Stellachsen und Stellelementen haben können. Auf eine Drehung der Schneidkopfanordnung (3) um die Achse (10) kann dabei ggf. verzichtet werden.
Die Schneidköpfe (18,19,20) können gemäß der
Ausführungsbeispiele als einzelne und getrennte Einheiten ausgebildet und angeordnet sein. Sie können alternativ zu mindestens einer ring- oder bogenartigen Einheit mit einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sein, die an mehreren räumlich getrennten Stellen mindestens einen Schneidstrahl (21) emittiert. Diese Einheit kann eine zentrale
Strahleinspeisung und eine interne Strahlverteilung und -lenkung zu den verschiedenen Austrittsstellen haben.
Für den Schneid- oder Trennprozess kommt es vornehmlich auf die mehreren emittierten und aus unterschiedlichen Richtungen am Werkstück (2) einfallenden Schneidstrahlen an. Soweit vorstehend von einer Ausrichtung, Verstellung oder Bewegung der Schneidkopfanordnung (3) oder der
Schneidköpfe (18,19,20) gesprochen wird, meint dies vor allem eine Ausrichtung, Verstellung oder Bewegung der emittierten Schneidstrahlen (21). Eine solche
Strahlbeeinflussung kann gemäß der vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiele bei richtungsstarrer Strahlemission (einfach und kostengünstig) durch eine externe Verstellung oder Bewegung eines Schneidkopfs (18,19,20) mittels einer Stelleinrichtung (26,27), insbesondere mittels der
Stellelemente (35,36) erfolgen. Diese Definition schließt erfindungsgemäß aber auch die Variante einer kopfinternen Strahlbeeinflussung ein. Ein Schneidkopf (18,19,20) kann z.B. eine steuerbare (16) Scanneroptik mit verstellbaren, insbesondere schwenkbaren optischen Elementen,
insbesondere Spiegeln aufweisen. Die Scanneroptik kann den austretenden Strahl (21) in verschiedenen Richtungen ablenken. Sie kann die schwenkbare Stelleinrichtung (35) ersetzen oder ergänzen. Auch die vorgenannte
Brennweitenverstellung ist eine solche kopfinterne
Strahlbeeinflussung. Ferner kann die optische Sensorik (37) in einen oder mehrere Schneidköpfe (18,19,20) integriert und z.B. in den internen Strahlengang
eingekoppelt sein, wobei sie in Strahlrichtung blickt und das Werkstück sowie den dortigen Strahlauftreffbereich erfasst .
Die Schneideinrichtung (1) kann in weiterer Abwandlung andere Arten von Schneidstrahlen (21) erzeugen und
emittieren. Dies können z.B. Hochdruck-Fluidstrahlen, insbesondere Wasserstrahlen, ggf. mit abrasiven Partikeln, sein. Ferner können Plasma- oder Elektronenstrahlen oder beliebige andere energiereiche Strahlen (21) eingesetzt werden. Die Komponenten der Schneideinrichtung (1) können hierfür entsprechend ausgebildet sein. Die Merkmale der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele und auch der angesprochenen Abwandlungen können beliebig miteinander kombiniert oder auch vertauscht werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Schneideinrichtung
2 Werkstück, Rohr
3 Schneidkopfanordnung
4 Bewegungseinrichtung
5 Zuführung für Werkstücke
6 Abführung für Werkstücke
7 Mantel
8 Hohlraum
9 Ansatz
10 Achse
11 Schneidstelle, Trennstelle
12 Halteeinrichtung, Handhabungseinrichtung
13 Roboter
14 Hand, Roboterhand
15 Haltewerkzeug
16 Steuerung
17 Umgreifeinrichtung
18 Schneidkopf
19 Schneidkopf
20 Schneidkopf
21 Strahl, Schneidstrahl, Laserstrahl
22 Strahlquelle
23 Leitung
24 Positioniereinrichtung
25 Gestell
26 Stelleinrichtung für Gestell
27 Stelleinrichtung für Schneidkopf
28 Basis
29 Träger, Tragring
30 Dreheinrichtung
31 Drehkranz
32 Antrieb, Drehantrieb
33 Hubeinrichtung
34 Hubelement, Zylinder, Spindeltrieb
35 Stellelement, Schwenkeinrichtung Stellelement, ZuStelleinrichtung, Schlitten Sensorik, optisches Messsystem
Reinigungsvorrichtung, Blasvorrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Schneideinrichtung für Werkstücke (2), insbesondere Rohre, wobei die Schneideinrichtung (1) mindestens einen Schneidkopf (18,19,20) aufweist, der einen Schneidstrahl (21), insbesondere einen Laserstrahl emittiert, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schneideinrichtung (1) eine mehrachsig bewegliche, programmierbare Handhabungseinrichtung (12) für Transport, Zustellung und Positionierung des Werkstück (2) an der Bearbeitungsstelle und eine Schneidkopfanordnung (3) mit mehreren umfangseitig am Werkstück (2) verteilt angeordneten und auf das Werkstück (2) gerichteten Schneidköpfen (18,19,20) sowie eine Bewegungseinrichtung (4) zur Erzeugung einer Relativbewegung, insbesondere einer
Relativdrehung, zwischen der Schneidkopfanordnung (3) und dem Werkstück (2) beim Schneidprozess aufweist .
Schneideinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schneidköpfe (18,19,20) oder die Schneidstrahlen (21) mit
unterschiedlichen Orientierungen auf das Werkstück (2) gerichtet sind.
Schneideinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schneidköpfe (18,19,20) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Schneideinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die
Schneidköpfe (18,19,20) derart angeordnet sind, dass die emittierten Schneidstrahlen (21)
unterschiedliche Raumwinkel haben.
5. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schneidkopfanordnung (3) eine ungerade Zahl von Schneidköpfen (18,19,20), insbesondere drei
Schneidköpfe (18,19,20), aufweist.
6. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schneidköpfe (18,19,20) innerhalb oder außerhalb des Werkstücks (2) angeordnet sind.
7. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schneidköpfe (18,19,20) in einem Ring um das Werkstück (2) angeordnet sind.
8. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schneidkopfanordnung (3) zentrisch zum Werkstück (2), insbesondere zu dessen Achse (10) angeordnet und ausgerichtet ist.
9. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bewegungseinrichtung (4) von der
Handhabungseinrichtung (12) und/oder einer
Positioniereinrichtung (24) für die
Schneidkopfanordnung (3) gebildet ist.
10. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Handhabungseinrichtung (12) und die
Positioniereinrichtung (24) gemeinsam und in einer gegenseitig abgestimmten Weise gesteuert sind.
11. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Handhabungseinrichtung (12) als mehrachsig beweglicher programmierbarer Roboter (13)
ausgebildet ist.
12. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Handhabungseinrichtung (12) eine
Umgreifeinrichtung (17) zugeordnet ist.
13. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Positioniereinrichtung (24) eine oder mehrere steuerbare Stelleinrichtungen (26,27) zur
Positionierung und/oder Bewegung und/oder
Ausrichtung der Schneidköpfe (18,19,20) oder der Schneidstrahlen (21) relativ zum Werkstück (2) aufweist .
14. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Positioniereinrichtung (24) ein Gestell (25) für die Schneidkopfanordnung (3) aufweist.
15. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass dem Gestell (25) eine Stelleinrichtung (26)
zugeordnet ist.
16. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stelleinrichtung (26) eine Dreheinrichtung (30) zum Drehen der Schneidkopfanordnung (3) um das
Werkstück (2), insbesondere um dessen Achse (10), aufweist .
17.) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stelleinrichtung (en) (26,27) mit einer Steuerung (16), insbesondere mit einer Robotersteuerung, verbunden ist/sind.
18.) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stelleinrichtung (26) eine Hubeinrichtung (33) zum Heben und/oder zum Kippen der
Schneidkopfanordnung (3) relativ zum Werkstück (2) aufweist .
19.) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gestell (25) eine Basis (28) und einen hiervon axial distanzierten Träger (29), vorzugsweise einen Tragring, für die Schneidkopfanordnung (3) aufweist. 20.) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Dreheinrichtung (30) einen Drehkranz (31) und einen Antrieb (32) aufweist. 21.) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Träger (29) als Drehkranz (31) ausgebildet ist.
22. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hubeinrichtung (33) zwischen Basis (28) und Träger (29) angeordnet ist.
23. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hubeinrichtung (33) mehrere einzeln oder
gemeinsam steuerbare Hubelemente (34) aufweist.
24.) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hubelemente (34) entsprechend der Zahl und
Verteilung der Schneidköpfe (18,19,20) angeordnet sind .
25. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass den am Träger (29) angeordneten Schneidköpfen
(18,19,20) jeweils eine Stelleinrichtung (27) zugeordnet ist.
26. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stelleinrichtung (27) ein oder mehrere
steuerbare Stellelemente (35,36) zum Verschwenken und/oder linearen Zustellen eines Schneidkopfs
(18,19,20) oder eines Schneidstrahls (21) relativ zum Werkstück (2) aufweist.
27.) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass im Arbeitsbereich der Handhabungseinrichtung (12) eine Zuführung (5) für Werkstücke (2) angeordnet ist .
28.) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass im Bereich, insbesondere unterhalb, von der
Schneidkopfanordnung (3) eine Abführung (6) für Werkstücke (2) angeordnet ist.
Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schneideinrichtung (1) eine gemeinsame
Strahlquelle (22), insbesondere Laserstrahlquelle, mit Leitungen (23) zu den Schneidköpfen (18,19,20) aufweist .
30. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schneideinrichtung (1) eine Sensorik (37), insbesondere ein optisches Messystem aufweist.
31. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schneideinrichtung (1) eine
Reinigungsvorrichtung (38) aufweist.
32. ) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Schneidkopf (18,19,20), insbesondere ein
Laserschneidkopf, eine feste oder verstellbare
Brennweite aufweist. 33.) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Brennweitenverstellung und die
Bewegungseinrichtung (4) in gegenseitiger Abstimmung gesteuert sind.
34.) Schneideinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Schneidkopf (18,19,20), insbesondere ein
Laserschneidkopf, eine steuerbare Scanneroptik aufweist.
35.) Verfahren zum Schneiden von Werkstücken (2),
insbesondere Rohren mittels einer Schneideinrichtung (1), welche mindestens einen Schneidkopf (18,19,20) aufweist, der einen Schneidstrahl (21), insbesondere einen Laserstrahl emittiert, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, dass die Werkstücke (2) von einer mehrachsig beweglichen, programmierbaren Handhabungseinrichtung (12) transportiert,
zugestellt und an einer Bearbeitungsstelle an einer Schneidkopfanordnung (3) positioniert werden, welche mehrere umfangseitig am Werkstück (2) verteilt angeordnete und auf das Werkstück (2) gerichtete Schneidköpfe (18,19,20) aufweist, wobei beim
Schneidprozess die Schneidkopfanordnung (3) und das Werkstück (2) relativ zueinander bewegt,
insbesondere gedreht werden. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, dass beim
Schneidprozess das Werkstück (2) relativ zu einer ruhenden Schneidkopfanordnung (3) bewegt wird oder die Schneidkopfanordnung (3) relativ zu einem ruhenden Werkstück (2) bewegt wird oder das
Werkstück (2) und die Schneidkopfanordnung (3) relativ zueinander und in aufeinander abgestimmter Weise bewegt werden. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Werkstückteil an einer Schneidstelle (11), insbesondere einer umfangseitig umlaufenden Trennstelle, des Werkstücks
(2) abgeschnitten oder ausgeschnitten wird.
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