WO2015144399A1 - Method and device for laser beam cutting - Google Patents

Method and device for laser beam cutting Download PDF

Info

Publication number
WO2015144399A1
WO2015144399A1 PCT/EP2015/054459 EP2015054459W WO2015144399A1 WO 2015144399 A1 WO2015144399 A1 WO 2015144399A1 EP 2015054459 W EP2015054459 W EP 2015054459W WO 2015144399 A1 WO2015144399 A1 WO 2015144399A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser beam
cutting
workpiece
cutting gas
scanner
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/054459
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Florian OEFELE
Christian Roos
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority to EP15707649.8A priority Critical patent/EP3122511A1/en
Publication of WO2015144399A1 publication Critical patent/WO2015144399A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0029Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • B25J19/0037Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements comprising a light beam pathway, e.g. laser
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02Sensing devices
    • B25J19/021Optical sensing devices
    • B25J19/022Optical sensing devices using lasers

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for
  • Laser beam cutting in particular for laser beam cutting using a scanner-based remote laser beam welding apparatus.
  • Scanner-based remote laser beam devices have scanner optics for beam deflection.
  • the scanner optics directs the laser beam via highly dynamically adjustable mirrors (or via a two-axis adjustable mirror) within the working range of the scanner optics.
  • the scanner optics comprise beam shaping means for focusing the laser beam, e.g. a plan field optics or an optical system with translationally movable lens.
  • both can be welded and cut with a laser beam.
  • these two methods make different demands on the parameters of the laser beam provided.
  • cutting processes require laser beams of significantly higher beam quality.
  • higher power density smaller laser beams are used
  • Focus diameter and higher depth of field used than for welding are implemented by the system by the use of beam guiding and shaping means, which are optimized for the respective requirements, such as.
  • Laser beam sources with suitable wavelengths preferably C02 laser.
  • the object of the invention is achieved by a method for laser beam cutting of a workpiece in which a laser beam is directed onto the workpiece by means of a scanner-based remote laser beam welding device and generates a molten bath at a processing point.
  • a cutting gas stream is directed to the processing site for blowing out the molten material from the processing site.
  • the laser beam provided by the remote laser beam welding apparatus is designed for welding requirements.
  • the laser beam can preferably be used for applications in body construction, e.g. have a focus diameter of 600 microns ⁇ 200 microns when using a solid state laser, diode or C02 laser.
  • the cutting process is a laser beam fusion cutting.
  • the laser beam of the remote laser beam welding apparatus generates in the workpiece
  • the laser beam causes the formation of a vapor capillary in the workpiece, which is surrounded by molten bath similar to the deep welding.
  • the method according to the invention is now prevented by the use of the cutting gas flow that the molten material solidifies behind the laser beam again. Rather, the molten material is blown out and a cutting joint or cutting notch is formed in the workpiece. Due to the relative movement between the processing point and the workpiece, the cutting groove or notch moves through the workpiece.
  • the relative movement between the processing point and the workpiece can be realized by a movement of the workpiece or by a movement of the laser beam and the cutting gas flow or by a combined movement of both the workpiece and the laser beam and the cutting gas flow.
  • the relative movement can be determined by a movement of the scanner optics and the
  • the cutting contour may have a web-shaped course, e.g. straight or winding tracks.
  • the cutting contour may also be a closed structure, such as e.g. be a circle, quadrilateral or polygonal or any other geometric figure.
  • Several cutting contours may also be formed in the workpiece, e.g. may be spatially spaced or adjacent to each other.
  • the workpiece may consist of a single component or comprise a plurality of components connected to an assembly.
  • the components may e.g. Be sheets, three-dimensional moldings or profiles. In particular, it may be vehicle body components.
  • the components or at least one component can e.g. consist of a metal or a metal alloy, such as e.g.
  • the components may e.g. have a thickness in the range of 0.5 mm to 4 mm, preferably in the range of 0.7 mm to 1, 5 mm.
  • the laser beam can be positioned by means of the scanner optics for cutting gas flow and for the duration of the cutting process, the scanner axes can be made rigid.
  • the laser beam is eg
  • the laser beam between 0 and 5 degrees with respect to the perpendicular to the
  • the discharge of the molten material from the processing station can be improved by supplying the cutting gas stream sluggishly.
  • the cutting gas flow may be at an angle to the incident laser beam in the range of greater than 0 degrees to a maximum of 45 degrees, preferably in the range of 5 degrees to 45 degrees.
  • the cutting gas thus pushes the melt back down out of the kerf, whereby the quality of the
  • Cutting edges can be improved.
  • the cutting gas e.g. Compressed air or an inert gas, e.g. Nitrogen, alternatively, other gases may be used.
  • the cutting gas may be e.g. at a pressure of 300 kPa or more, preferably at a pressure of 300 kPa to 3000 kPa, or from 500 kPa to 2000 kPa, to the processing station.
  • the movement of the machining point relative to the workpiece is preferably effected by means of a multi-axis industrial robot, e.g. a gantry robot or articulated robot with e.g. five, six or more axes.
  • a multi-axis industrial robot e.g. a gantry robot or articulated robot with e.g. five, six or more axes.
  • the inventive device for laser beam cutting has a scanner-based remote laser beam welding device, the at least one laser source, a beam guiding device, and a scanner optics for
  • Positioning and focusing of a laser beam on a processing point of a workpiece includes. Furthermore, the device for Laser cutting a cutting gas nozzle, which is set up for
  • the scanner-based remote laser beam welding apparatus is configured to provide a laser beam optimized for welding.
  • the laser beam generated by the laser source is coupled into the scanner optics via the beam guiding device, which may have one or more optical fibers and / or a mirror system depending on the laser source used.
  • the beam shaping and focusing takes place, as well as the positioning of the laser beam on the workpiece.
  • the remote laser beam welding apparatus is designed for welding the workpiece.
  • the scanner optics and the beam guiding device are set up accordingly to provide a laser beam suitable for this application.
  • Cutting gas flow directed through the cutting gas nozzle to the processing site.
  • the cutting gas stream drives or blows the molten material generated by the laser beam from the processing point.
  • the cutting gas nozzle is e.g. via a gas supply line with a
  • the cutting gas nozzle is arranged in the working field of the scanner optics.
  • the cutting gas nozzle can be arranged both close to the workpiece to reduce the necessary cutting gas volume flow, as well as be arranged at an acute angle to the laser beam, whereby the
  • Blowout conditions of the melt can be improved.
  • An arrangement of the cutting gas nozzle optimized in terms of gas consumption results if the outlet opening of the cutting gas nozzle is arranged in a range of 1 cm to 3 cm apart from the processing location.
  • the apparatus may further comprise a multi-axis industrial robot, e.g. a gantry robot or a Gelenkarmroboter, on which the scanner optics is arranged.
  • a multi-axis industrial robot e.g. a gantry robot or a Gelenkarmroboter, on which the scanner optics is arranged.
  • the articulated arm robot has five, six or more axes.
  • the multi-axis industrial robot allows additional
  • scanner optics Movements of the scanner optics and thus greater freedom of movement during workpiece machining, especially in cutting contour processing. If the cutting gas nozzle is arranged stationary relative to the scanner optics, then scanner optics and cutting gas nozzle are preferably moved together by the industrial robot.
  • the cutting gas nozzle and the scanner optics are arranged stationary relative to each other.
  • Scanner optics attached or cutting gas nozzle and scanner optics can be attached to a common bracket. This allows a particularly simple movement of the cutting gas nozzle along the cutting contour.
  • the cutting gas nozzle and scanner optics may be co-located on the industrial robot, e.g. be attached to the same hand axis.
  • the cutting gas nozzle may be formed around the laser beam so that the cutting gas flow exits around the laser beam.
  • the cutting gas nozzle may be formed around the laser beam so that the cutting gas flow exits around the laser beam.
  • Cutting gas nozzle to be arranged next to the laser beam.
  • the cutting gas nozzle is arranged in the cutting direction in front of the laser beam.
  • the cutting gas stream is preferably guided sluggishly to the laser beam, so that the cutting gas stream can blow out the melt counter to the cutting direction.
  • the longitudinal axis of the cutting gas nozzle may be arranged at an angle to the longitudinal axis of the laser beam impinging on the workpiece, which is in a range of more than 0 degrees and at most 45 degrees, preferably in a range of 15 degrees to 45 degrees.
  • the device can have a control device that is set up to rigidly set the scanner axes during the cutting process.
  • the laser beam during the cutting process relative be arranged stationarily to the cutting gas stream, resulting in particularly consistent conditions at the processing site.
  • Control device may preferably also control the laser source and focusing optics and the movement of the industrial robot. Likewise, the cutting gas supply can be controlled by the control device.
  • the laser source preferably has a solid-state laser, in particular a disk or fiber laser, which results in a low reflection of the radiation on metallic components and an improved energy input.
  • Beam guiding device preferably has one or more laser light cables. These allow flexible guidance of the laser light to the scanner optics.
  • the device according to the invention is also suitable for welding and can be used to form a weld in the workpiece.
  • the cutting gas nozzle can be switched out of operation for the duration of the weld.
  • the cutting gas nozzle can be dismantled, this may be e.g. releasably attached to the device or to the scanner optics.
  • Laser beam cutting provided.
  • the cutting gas jet is over the
  • Scanner axes are set rigid.
  • the cutting movement can be realized via the six axes of a robot system.
  • the scanner optics of the remote laser beam welding apparatus can be used. Except for the cutting gas nozzle no additional system technology is necessary. A combination of cutting and welding is possible without further additional effort. Thus, a generation of variants without special complex special system technology and without additional cost and without additional space requirement is possible.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a device according to the invention 0 according to one embodiment.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the scanner optics with a cutting gas nozzle of the device from FIG. 1 arranged thereon.
  • the apparatus 10 comprises a remote laser beam welding apparatus having a laser source 00 with a solid-state laser.
  • the laser radiation generated by the laser source 00 is guided by means of a beam guiding device 1 10 in the form of one or more optical fibers to a scanner optics 120 and coupled there.
  • the scanner optics 120 includes mirrors, not shown, for steering the
  • the laser beam L is directed onto the workpiece 200 and focused.
  • the scanner optics 120 is arranged on the hand axis of an articulated arm robot 130.
  • Articulated arm robot 130 has six axes of movement, indicated by the double arrows in FIG. 1.
  • scanner optics 120 can be guided over a workpiece 200.
  • the workpiece 200 is on a
  • a cutting gas nozzle 140 is attached to the scanner optics 120 by means of a holder 150.
  • the cutting gas nozzle 140 is connected to a gas supply device 170 via a gas line 160. From the cutting gas nozzle 140, a cutting gas stream S impinges on the workpiece 200 at a processing point 220.
  • the laser beam L provided by the remote welding apparatus is also applied to the Machining point 220 directed on the workpiece 200.
  • the Machining point 220 directed on the workpiece 200.
  • the laser beam causes the formation of a
  • the cutting gas stream S blows the molten material from the processing point 220, so that a cutting groove or cutting notch in the workpiece is formed.
  • the scanner axes of the scanner optics 120 are set rigidly. This can be done by a control device 180 of the remote laser beam welding device, which can also control or regulate, for example, the movements of the robot 30 and / or the laser source 00.
  • Laser beam L and cutting gas flow S are then arranged stationary relative to each other.
  • Scanner optics 120 along with cutting gas nozzle 140 of the robot 130 over the workpiece 200 moves.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the scanner optics 120 with a cutting gas nozzle 140 attached thereto.
  • the cutting gas nozzle 140 is arranged within the working field 122 of the scanner optics 120.
  • the laser beam can thus hit the workpiece at an angle close to 90 degrees, and at the same time the cutting gas nozzle can be arranged in close proximity to the machining point 220.
  • the laser beam L can not be positioned perpendicular to the workpiece to avoid a back reflection, but can be inclined by an angle ⁇ relative to the vertical.
  • the angle ⁇ is preferably in a range between 0 and 5 degrees.
  • Cutting gas nozzle 140 arranged sluggish.
  • the cutting gas flow S is arranged at an angle ⁇ in the range of greater than 0 degrees to 45 degrees to the laser beam L.
  • the cutting gas stream may be separated from the control device of the remote Laser beam welding device to be controlled or alternatively by a separate control device.
  • the embodiment is not to scale and not limiting.

Abstract

The invention relates to a method for the laser beam cutting of a workpiece in which a laser beam (L) is directed at the workpiece (200) by means of a scanner-based remote laser beam welding device and a molten bath is produced at a machining point (220), a cutting gas stream (S) is directed at the machining point (220) for blowing molten material out of the machining point (220), and the machining point (220) and the workpiece (200) make a relative movement along a cutting contour. The invention also relates to a device for laser beam cutting.

Description

Beschreibung  description
Verfahren und Vorrichtung zum Laserstrahlschneiden Method and apparatus for laser beam cutting
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum The invention relates to a method and a device for
Laserstrahlschneiden, insbesondere zum Laserstrahlschneiden unter Verwendung einer scannerbasierten Remote-Laserstrahlschweißvorrichtung. Laser beam cutting, in particular for laser beam cutting using a scanner-based remote laser beam welding apparatus.
Beim Remote-Laserstrahlbearbeiten wird ein Laserstrahl mit großem In remote laser beam machining, a laser beam becomes large
Arbeitsabstand auf ein Werkstück gerichtet. Typischerweise beträgt der Working distance directed to a workpiece. Typically, this is
Arbeitsabstand zwischen Werkstückoberfläche und Austrittspunkt des Laserstrahls aus der Optik beim Remote-Laserstrahlbearbeiten mehr als 300 mm und kann z.B. bis zu 1600 mm betragen. Scannerbasierte Remote-Laserstrahlvorrichtungen verfügen über eine Scanneroptik zur Strahlablenkung. Die Scanneroptik lenkt den Laserstrahl über hochdynamisch verstellbare Spiegel (oder über einen um zwei Achsen verstellbaren Spiegel) innerhalb des Arbeitsbereichs der Scanneroptik. Weiterhin weist die Scanneroptik Strahlformungsmittel auf zur Fokussierung des Laserstrahls, z.B. eine Planfeldoptik oder ein Optiksystem mit translatorisch beweglicher Linse. Working distance between the workpiece surface and exit point of the laser beam from the optics in remote laser beam machining more than 300 mm and can, for. up to 1600 mm. Scanner-based remote laser beam devices have scanner optics for beam deflection. The scanner optics directs the laser beam via highly dynamically adjustable mirrors (or via a two-axis adjustable mirror) within the working range of the scanner optics. Furthermore, the scanner optics comprise beam shaping means for focusing the laser beam, e.g. a plan field optics or an optical system with translationally movable lens.
Grundsätzlich kann mit einem Laserstrahl sowohl geschweißt als auch geschnitten werden. Jedoch stellen diese beiden Verfahren unterschiedliche Anforderungen an die Parameter des bereitgestellten Laserstrahls. So erfordern Schneidprozesse Laserstrahlen von deutlich höherer Strahlqualität. Beispielsweise werden zum Schneiden Laserstrahlen mit höherer Leistungsdichte, kleinerem Basically, both can be welded and cut with a laser beam. However, these two methods make different demands on the parameters of the laser beam provided. For example, cutting processes require laser beams of significantly higher beam quality. For example, for cutting, higher power density, smaller laser beams are used
Fokusdurchmesser und höherer Schärfentiefe eingesetzt als zum Schweißen. Diese Anforderungen werden anlagenseitig umgesetzt durch die Verwendung von Strahlführungs- und formungsmittel, die auf die jeweiligen Anforderungen optimiert sind, wie z.B. Laserlichtleitungen mit geeignetem Durchmesser, Optiken mit entsprechenden Brennweiten(-bereichen) und integrierter Gasdüse und Focus diameter and higher depth of field used than for welding. These requirements are implemented by the system by the use of beam guiding and shaping means, which are optimized for the respective requirements, such as. Laser light lines with a suitable diameter, optics with corresponding focal lengths (ranges) and integrated gas nozzle and
Laserstrahlquellen mit geeigneten Wellenlängen, vorzugsweise C02-Laser. Laser beam sources with suitable wavelengths, preferably C02 laser.
In der Materialbearbeitung ist es jedoch häufig notwendig, sowohl einen Schneidais auch einen Schwei ßprozess an einem Werkstück vornehmen zu können. In material processing, however, it is often necessary to be able to carry out both a cutting process and a welding process on a workpiece.
Hierzu werden bislang getrennte Vorrichtungen, eine Schweißvorrichtung und eine Schneidvorrichtung, verwendet oder die Strahlführungs- und/oder Strahlformungselemente der Vorrichtung müssen je nach Bearbeitungsart ausgetauscht werden. For this purpose, previously separate devices, a welding device and a cutting device used or the Strahlführungs- and / or Beam shaping elements of the device must be replaced depending on the type of processing.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung It is therefore an object of the invention a method and an apparatus
anzugeben, womit mit einfachen und kostengünstigen Mitteln eine Kombination von Remote-Laserstrahlschweißen und Laserstrahlschneiden möglich ist. specify what is possible with simple and inexpensive means a combination of remote laser beam welding and laser beam cutting.
Insbesondere soll eine Kombination von Remote-Laserstrahlschweißen und Laserstrahlschneiden möglich sein ohne zusätzliche teure Komponenten und Sondersystemtechnik sowie ein schneller Wechsel zwischen beiden Verfahren. In particular, a combination of remote laser beam welding and laser beam cutting should be possible without additional expensive components and special system technology and a quick change between the two methods.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Patentanspruch 8. This object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 8.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Laserstrahlschneiden eines Werkstücks bei dem ein Laserstrahl mittels einer scannerbasierten Remote-Laserstrahlschweißvorrichtung auf das Werkstück gerichtet wird und ein Schmelzbad an einer Bearbeitungsstelle erzeugt. Ein Schneidgasstrom wird auf die Bearbeitungsstelle gerichtet zum Ausblasen des schmelzflüssigen Materials aus der Bearbeitungsstelle. Es erfolgt eine With regard to the method, the object of the invention is achieved by a method for laser beam cutting of a workpiece in which a laser beam is directed onto the workpiece by means of a scanner-based remote laser beam welding device and generates a molten bath at a processing point. A cutting gas stream is directed to the processing site for blowing out the molten material from the processing site. There is a
Relativbewegung zwischen der Bearbeitungsstelle und dem Werkstück entlang einer Schneidkontur. Relative movement between the machining point and the workpiece along a cutting contour.
Der von der Remote-Laserstrahlschweißvorrichtung bereitgestellte Laserstrahl ist für die Anforderungen beim Schweißen ausgelegt. So kann der Laserstrahl für Anwendungen im Karrosseriebau vorzugsweise z.B. einen Fokusdurchmesser von 600 Mikrometer ± 200 Mikrometer bei Verwendung eines Festkörperlasers, Dioden- oder C02-Lasers aufweisen. The laser beam provided by the remote laser beam welding apparatus is designed for welding requirements. Thus, the laser beam can preferably be used for applications in body construction, e.g. have a focus diameter of 600 microns ± 200 microns when using a solid state laser, diode or C02 laser.
Der Schneidprozess ist ein Laserstrahlschmelzschneiden. Der Laserstrahl der Remote-Laserstrahlschweißvorrichtung erzeugt in dem Werkstück ein The cutting process is a laser beam fusion cutting. The laser beam of the remote laser beam welding apparatus generates in the workpiece
Schmelzbad. Vorzugsweise bewirkt der Laserstrahl ähnlich dem Tiefschweißen die Ausbildung einer Dampfkapillare im Werkstück, die von Schmelzbad umflossen wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun durch den Einsatz des Schneidgasstroms verhindert, dass das schmelzflüssige Material hinter dem Laserstrahl wieder erstarrt. Vielmehr wird das schmelzflüssige Material ausgeblasen und eine Schneidfuge bzw. Schneidkerbe entsteht im Werkstück. Bedingt durch die Relativbewegung zwischen Bearbeitungsstelle und Werkstück wandert die Schneidfuge bzw. -kerbe durch das Werkstück. Weld pool. Preferably, the laser beam causes the formation of a vapor capillary in the workpiece, which is surrounded by molten bath similar to the deep welding. In the method according to the invention is now prevented by the use of the cutting gas flow that the molten material solidifies behind the laser beam again. Rather, the molten material is blown out and a cutting joint or cutting notch is formed in the workpiece. Due to the relative movement between the processing point and the workpiece, the cutting groove or notch moves through the workpiece.
Vorteilhafter Weise sind keine Änderungen an der Laserstrahlführung oder Optik notwendig. Es kann mit dem für das Schweißen ausgelegten Laserstrahl gearbeitet werden. Advantageously, no changes to the laser beam guide or optics are necessary. It can be worked with the designed for welding laser beam.
Die Relativbewegung zwischen Bearbeitungsstelle und Werkstück kann realisiert werden durch eine Bewegung des Werkstücks oder durch eine Bewegung des Laserstrahls und des Schneidgasstroms oder durch eine kombinierte Bewegung sowohl des Werkstücks als auch des Laserstrahls und des Schneidgasstroms. Die Relativbewegung kann durch eine Bewegung der Scanneroptik und der The relative movement between the processing point and the workpiece can be realized by a movement of the workpiece or by a movement of the laser beam and the cutting gas flow or by a combined movement of both the workpiece and the laser beam and the cutting gas flow. The relative movement can be determined by a movement of the scanner optics and the
Schneidgasdüse oder durch eine kombinierte Bewegung sowohl der Scanneroptik und der Schneidgasdüse als auch des Werkstücks erfolgen. Cutting gas nozzle or by a combined movement of both the scanner optics and the cutting gas nozzle and the workpiece done.
Die Schneidkontur kann einen bahnförmigen Verlauf aufweisen, z.B. gerade oder kurvige Bahnen. Die Schneidkontur kann ebenso eine geschlossene Struktur, wie z.B. ein Kreis, Vier- oder Mehreck oder eine sonstige geometrische Figur sein. Es können auch mehrere Schneidkonturen in dem Werkstück ausgebildet werden, die z.B. räumlich voneinander beabstandet sein können oder aneinander angrenzen können. The cutting contour may have a web-shaped course, e.g. straight or winding tracks. The cutting contour may also be a closed structure, such as e.g. be a circle, quadrilateral or polygonal or any other geometric figure. Several cutting contours may also be formed in the workpiece, e.g. may be spatially spaced or adjacent to each other.
Das Werkstück kann aus einem einzigen Bauteil bestehen oder mehrere zu einer Baugruppe verbundene Bauteile aufweisen. Die Bauteile können z.B. Bleche, dreidimensionale Formkörper oder Profile sein. Insbesondere kann es sich um Fahrzeugkarosseriebauteile handeln. Die Bauteile bzw. zumindest ein Bauteil können z.B. aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen, wie z.B. The workpiece may consist of a single component or comprise a plurality of components connected to an assembly. The components may e.g. Be sheets, three-dimensional moldings or profiles. In particular, it may be vehicle body components. The components or at least one component can e.g. consist of a metal or a metal alloy, such as e.g.
Aluminium, Stahl oder Stahl- bzw. Aluminiumlegierungen. Weitere Materialien sind möglich. Die Bauteile können z.B. eine Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 4 mm aufweisen, vorzugsweise im Bereich von 0,7 mm bis 1 ,5 mm. Aluminum, steel or steel or aluminum alloys. Other materials are possible. The components may e.g. have a thickness in the range of 0.5 mm to 4 mm, preferably in the range of 0.7 mm to 1, 5 mm.
Besonders gleichbleibende Bedingungen für das Ausblasen des schmelzflüssigen Materials ergeben sich, wenn der Laserstrahl und der Schneidgasstrom während des Schneidens relativ zueinander ortsfest angeordnet sind. Vorzugsweise kann hierzu der Laserstrahl mittels der Scanneroptik zum Schneidgasstrom positioniert werden und für die Dauer des Schneidvorgangs können die Scannerachsen starr gestellt werden. Zur Vermeidung einer ungewollten Rückreflektion wird der Laserstrahl z.B. Particularly uniform conditions for the blowing out of the molten material result when the laser beam and the cutting gas stream are arranged stationary relative to each other during cutting. Preferably, for this purpose, the laser beam can be positioned by means of the scanner optics for cutting gas flow and for the duration of the cutting process, the scanner axes can be made rigid. To avoid unwanted back reflection, the laser beam is eg
vorzugsweise stechend auf das Werkstück gerichtet. Beispielsweise kann der Laserstrahl zwischen 0 und 5 Grad gegenüber der Senkrechten auf die preferably directed stinging on the workpiece. For example, the laser beam between 0 and 5 degrees with respect to the perpendicular to the
Werkstückoberfläche geneigt sein. Be inclined workpiece surface.
Der Austrag des geschmolzenen Materials von der Bearbeitungsstelle kann verbessert werden, indem der Schneidgasstrom schleppend zugeführt wird. The discharge of the molten material from the processing station can be improved by supplying the cutting gas stream sluggishly.
Beispielsweise kann der Schneidgasstrom unter einem Winkel zum auftreffenden Laserstrahl im Bereich von größer 0 Grad bis maximal 45 Grad, vorzugsweise im Bereich von 5 Grad bis 45 Grad. Das Schneidgas drückt somit die Schmelze nach hinten unten aus der Schneidfuge heraus, wodurch die Qualität der For example, the cutting gas flow may be at an angle to the incident laser beam in the range of greater than 0 degrees to a maximum of 45 degrees, preferably in the range of 5 degrees to 45 degrees. The cutting gas thus pushes the melt back down out of the kerf, whereby the quality of the
Schnittkanten verbessert werden kann. Cutting edges can be improved.
Als Schneidgas wird z.B. Druckluft oder ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff, verwendet, alternativ können andere Gase verwendet werden. Zur Erzielung eines optimalen Austrags des geschmolzenen Materials aus der Schneidfuge kann das Schneidgas z.B. mit einem Druck von 300 kPa oder mehr, vorzugsweise mit einem Druck von 300 kPa bis 3000 kPa oder von 500 kPa bis 2000 kPa der Bearbeitungsstelle zugeführt werden. As the cutting gas, e.g. Compressed air or an inert gas, e.g. Nitrogen, alternatively, other gases may be used. In order to obtain an optimum discharge of the molten material from the kerf, the cutting gas may be e.g. at a pressure of 300 kPa or more, preferably at a pressure of 300 kPa to 3000 kPa, or from 500 kPa to 2000 kPa, to the processing station.
Zur Erhöhung der Flexibilität hinsichtlich möglicher Schneidgeometrien erfolgt die Bewegung der Bearbeitungsstelle relativ zu dem Werkstück vorzugsweise mittels eines mehrachsigen Industrieroboters, wie z.B. einem Portalroboter oder einem Gelenkarmroboter mit z.B. fünf, sechs oder mehr Achsen. To increase the flexibility with regard to possible cutting geometries, the movement of the machining point relative to the workpiece is preferably effected by means of a multi-axis industrial robot, e.g. a gantry robot or articulated robot with e.g. five, six or more axes.
Vorteilhafter Weise kann mit dem bereitgestellten Laserstrahl nicht nur Advantageously, with the provided laser beam not only
geschnitten, sondern auch eine Schweißnaht in dem Werkstück ausgebildet werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, den Schneidgasstrom für die Dauer der Schweißung zu unterbrechen. cut, but also a weld can be formed in the workpiece. For this purpose, it is only necessary to interrupt the cutting gas flow for the duration of the weld.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Laserstrahlschneiden weist eine scannerbasierte Remote-Laserstrahlschweißvorrichtung auf, die zumindest eine Laserquelle, eine Strahlführungseinrichtung, und eine Scanneroptik zur The inventive device for laser beam cutting has a scanner-based remote laser beam welding device, the at least one laser source, a beam guiding device, and a scanner optics for
Positionierung und Fokussierung eines Laserstrahls auf eine Bearbeitungsstelle eines Werkstück beinhaltet. Weiterhin weist die Vorrichtung zum Laserstrahlschneiden eine Schneidgasdüse auf, die eingerichtet ist zum Positioning and focusing of a laser beam on a processing point of a workpiece includes. Furthermore, the device for Laser cutting a cutting gas nozzle, which is set up for
Ausblasen von schmelzflüssigem Material aus der Bearbeitungsstelle. Blowing out molten material from the processing station.
Die scannerbasierte Remote-Laserstrahlschweißvorrichtung ist eingerichtet um einen für das Schweißen optimierten Laserstrahl bereitzustellen. Der von der Laserquelle erzeugte Laserstrahl wird über die Strahlführungseinrichtung, die je nach verwendeter Laserquelle eine oder mehrere Lichtleitfasern und/oder ein Spiegelsystem aufweisen kann, in die Scanneroptik eingekoppelt. Innerhalb der Scanneroptik erfolgt die Strahlformung und -fokussierung, sowie das Positionieren des Laserstrahls auf dem Werkstück. The scanner-based remote laser beam welding apparatus is configured to provide a laser beam optimized for welding. The laser beam generated by the laser source is coupled into the scanner optics via the beam guiding device, which may have one or more optical fibers and / or a mirror system depending on the laser source used. Within the scanner optics, the beam shaping and focusing takes place, as well as the positioning of the laser beam on the workpiece.
Vorzugsweise ist die Remote-Laserstrahlschweißvorrichtung für das Schweißen des Werkstücks konzipiert. Die Scanneroptik und die Strahlführungseinrichtung sind entsprechend eingerichtet, um einen für diesen Einsatzbereich geeigneten Laserstrahl bereitzustellen. Preferably, the remote laser beam welding apparatus is designed for welding the workpiece. The scanner optics and the beam guiding device are set up accordingly to provide a laser beam suitable for this application.
Durch Integration einer Schneidgasdüse an die Remote- Laserstrahlschweißvorrichtung wird es ermöglicht, schmelzflüssiges Material aus der Bearbeitungsstelle auszutragen und somit nicht nur zu Schweißen, sondern auch Kerben bzw. Schnitte im Werkstück auszubilden. Hierzu wird ein By integrating a cutting gas nozzle to the remote laser beam welding device, it is possible to discharge molten material from the processing point and thus not only to weld, but also to form notches or cuts in the workpiece. This is a
Schneidgasstrom durch die Schneidgasdüse auf die Bearbeitungsstelle gerichtet. Der Schneidgasstrom treibt bzw. bläst das von dem Laserstrahl erzeugte schmelzflüssige Material aus der Bearbeitungsstelle aus. Cutting gas flow directed through the cutting gas nozzle to the processing site. The cutting gas stream drives or blows the molten material generated by the laser beam from the processing point.
Die Schneidgasdüse ist z.B. über eine Gaszuleitung mit einer The cutting gas nozzle is e.g. via a gas supply line with a
Schneidgaszuführeinrichtung verbunden, so dass der Schneidgasstrom mit dem erforderlichen Druck und dem gewünschten Volumenstrom bereitgestellt werden kann. Schneidgaszuführeinrichtung connected so that the cutting gas stream can be provided with the required pressure and the desired volume flow.
Vorzugsweise ist die Schneidgasdüse im Arbeitsfeld der Scanneroptik angeordnet. Hierdurch kann die Schneidgasdüse sowohl nahe am Werkstück zur Verringerung des notwendigen Schneidgasvolumenstroms angeordnet sein, als auch in einem spitzen Winkel zum Laserstrahl angeordnet werden, wodurch die Preferably, the cutting gas nozzle is arranged in the working field of the scanner optics. As a result, the cutting gas nozzle can be arranged both close to the workpiece to reduce the necessary cutting gas volume flow, as well as be arranged at an acute angle to the laser beam, whereby the
Austriebsbedingungen der Schmelze verbessert werden. Eine hinsichtlich Gasverbrauch optimierte Anordnung der Schneidgasdüse ergibt sich, wenn die Austrittsöffnung der Schneidgasdüse in einem Bereich von 1 cm bis 3 cm beabstandet zur Bearbeitungsstelle angeordnet ist. Blowout conditions of the melt can be improved. An arrangement of the cutting gas nozzle optimized in terms of gas consumption results if the outlet opening of the cutting gas nozzle is arranged in a range of 1 cm to 3 cm apart from the processing location.
Die Vorrichtung kann weiterhin einen mehrachsigen Industrieroboter, z.B. einen Portalroboter oder einen Gelenkarmroboter, aufweisen, an dem die Scanneroptik angeordnet ist. Vorzugsweise weist der Gelenkarmroboter fünf, sechs oder mehr Achsen auf. Der mehrachsige Industrieroboter ermöglicht zusätzliche The apparatus may further comprise a multi-axis industrial robot, e.g. a gantry robot or a Gelenkarmroboter, on which the scanner optics is arranged. Preferably, the articulated arm robot has five, six or more axes. The multi-axis industrial robot allows additional
Bewegungen der Scanneroptik und damit höhere Bewegungsfreiräume bei der Werkstückbearbeitung, insbesondere bei der Schneidkonturbearbeitung. Wenn die Schneidgasdüse relativ zur Scanneroptik ortsfest angeordnet ist, dann werden Scanneroptik und Schneidgasdüse von dem Industrieroboter vorzugsweise gemeinsam bewegt. Movements of the scanner optics and thus greater freedom of movement during workpiece machining, especially in cutting contour processing. If the cutting gas nozzle is arranged stationary relative to the scanner optics, then scanner optics and cutting gas nozzle are preferably moved together by the industrial robot.
Vorzugsweise sind die Schneidgasdüse und die Scanneroptik relativ zueinander ortsfest angeordnet. Beispielsweise kann die Schneidgasdüse an der Preferably, the cutting gas nozzle and the scanner optics are arranged stationary relative to each other. For example, the cutting gas nozzle on the
Scanneroptik befestigt sein oder Schneidgasdüse und Scanneroptik können an einer gemeinsamen Halterung befestigt sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Bewegung der Schneidgasdüse entlang der Schneidkontur. Scanner optics attached or cutting gas nozzle and scanner optics can be attached to a common bracket. This allows a particularly simple movement of the cutting gas nozzle along the cutting contour.
Insbesondere können Schneidgasdüse und Scanneroptik gemeinsam an dem Industrieroboter angeordnet sein, z.B. an derselben Handachse befestigt sein. In particular, the cutting gas nozzle and scanner optics may be co-located on the industrial robot, e.g. be attached to the same hand axis.
Die Schneidgasdüse kann um den Laserstrahl ausgebildet sein, so dass der Schneidgasstrom um den Laserstrahl herum austritt. Alternativ kann die The cutting gas nozzle may be formed around the laser beam so that the cutting gas flow exits around the laser beam. Alternatively, the
Schneidgasdüse neben dem Laserstrahl angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Schneidgasdüse in Schneidrichtung vor dem Laserstrahl angeordnet. Cutting gas nozzle to be arranged next to the laser beam. Preferably, the cutting gas nozzle is arranged in the cutting direction in front of the laser beam.
Der Schneidgasstrom wird vorzugsweise schleppend zum Laserstrahl geführt, so dass der Schneidgasstrom die Schmelze entgegen der Schneidrichtung ausblasen kann. Hierzu kann z.B. die Längsachse der Schneidgasdüse unter einem Winkel zur Längsachse des auf das Werkstück auftreffenden Laserstrahls angeordnet sein, der in einem Bereich von mehr als 0 Grad und maximal 45 Grad liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 15 Grad bis 45 Grad. The cutting gas stream is preferably guided sluggishly to the laser beam, so that the cutting gas stream can blow out the melt counter to the cutting direction. For this, e.g. the longitudinal axis of the cutting gas nozzle may be arranged at an angle to the longitudinal axis of the laser beam impinging on the workpiece, which is in a range of more than 0 degrees and at most 45 degrees, preferably in a range of 15 degrees to 45 degrees.
Weiterhin kann die Vorrichtung eine Kontrollvorrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Scannerachsen während des Schneidprozesses starr zu stellen. Hierdurch kann der Laserstrahl während des Schneidprozesses relativ zum Schneidgasstrom ortsfest angeordnet werden, wodurch sich besonders gleichbleibende Bedingungen an der Bearbeitungsstelle ergeben. Die Furthermore, the device can have a control device that is set up to rigidly set the scanner axes during the cutting process. As a result, the laser beam during the cutting process relative be arranged stationarily to the cutting gas stream, resulting in particularly consistent conditions at the processing site. The
Kontrollvorrichtung kann vorzugsweise auch die Laserquelle und Fokussieroptik sowie die Bewegung des Industrieroboters steuern bzw. regeln. Ebenso kann die Schneidgaszufuhr von der Kontrollvorrichtung gesteuert werden. Control device may preferably also control the laser source and focusing optics and the movement of the industrial robot. Likewise, the cutting gas supply can be controlled by the control device.
Vorzugsweise weist die Laserquelle einen Festkörperlaser, insbesondere einen Scheiben- oder Faserlaser auf, wodurch sich eine geringe Reflexion der Strahlung an metallischen Bauteilen und ein verbesserter Energieeintrag ergibt. Die The laser source preferably has a solid-state laser, in particular a disk or fiber laser, which results in a low reflection of the radiation on metallic components and an improved energy input. The
Strahlführeinrichtung weist vorzugsweise ein oder mehrere Laserlichtkabel auf. Diese ermöglichen eine flexible Führung des Laserlichts zur Scanneroptik. Beam guiding device preferably has one or more laser light cables. These allow flexible guidance of the laser light to the scanner optics.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ebenso für das Schweißen geeignet und kann zum Ausbilden einer Schweißnaht in dem Werkstück verwendet werden. Hierzu kann die Schneidgasdüse für die Dauer der Schweißung außer Betrieb geschaltet werden. Alternativ kann die Schneidgasdüse abmontiert werden, hierzu kann sie z.B. lösbar an der Vorrichtung bzw. an der Scanneroptik befestigt sein. The device according to the invention is also suitable for welding and can be used to form a weld in the workpiece. For this purpose, the cutting gas nozzle can be switched out of operation for the duration of the weld. Alternatively, the cutting gas nozzle can be dismantled, this may be e.g. releasably attached to the device or to the scanner optics.
Mit anderen Worten wird durch Integration einer Schneidgasdüse an die In other words, by integrating a cutting gas nozzle to the
Scanneroptik einer Remote-Laserstrahlschweißvorrichtung ein Scanner optics of a remote laser beam welding device
Kombinationsverfahren zum Remote-Laserstrahlschweißen und Combination method for remote laser welding and
Laserstrahlschneiden bereitgestellt. Der Schneidgasstrahl wird über die Laser beam cutting provided. The cutting gas jet is over the
Scanneroptik auf den Auftreffpunkt des Laserstrahls gerichtet und die Scanner optics aimed at the point of impact of the laser beam and the
Scannerachsen werden starr gestellt. Die Schneidbewegung kann über die sechs Achsen eines Robotersystems realisiert werden. Scanner axes are set rigid. The cutting movement can be realized via the six axes of a robot system.
Vorteilhafter Weise kann die Scanneroptik der Remote- Laserstrahlschweißvorrichtung verwendet werden. Bis auf die Schneidgasdüse ist keine zusätzliche Systemtechnik notwendig. Ein Kombinationsverfahren aus Schneiden und Schweißen ist ohne weiteren Zusatzaufwand möglich. Somit ist eine Generierung von Varianten ohne spezielle aufwendige Sondersystemtechnik und ohne zusätzliche Kostenaufwände und ohne zusätzlichen Flächenbedarf möglich. Advantageously, the scanner optics of the remote laser beam welding apparatus can be used. Except for the cutting gas nozzle no additional system technology is necessary. A combination of cutting and welding is possible without further additional effort. Thus, a generation of variants without special complex special system technology and without additional cost and without additional space requirement is possible.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the
Unteransprüchen. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Dependent claims. The above-described characteristics, features and advantages of this invention as well as the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the invention
Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung. Embodiments. If the term "can" is used in this application, it is both the technical possibility and the actual technical implementation.
Im Folgenden wird en Ausführungsbeispiel an Hand der beiliegenden In the following is en embodiment with reference to the accompanying
Zeichnungen erläutert. Darin zeigt: Drawings explained. It shows:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 0 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Figure 1 is a schematic diagram of a device according to the invention 0 according to one embodiment.
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung der Scanneroptik mit daran angeordneter Schneidgasdüse der Vorrichtung aus Figur 1. FIG. 2 shows an enlarged view of the scanner optics with a cutting gas nozzle of the device from FIG. 1 arranged thereon.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Remote-Laserstrahlschweißvorrichtung mit einer Laserquelle 00 mit einem Festkörperlaser. Die von der Laserquelle 00 erzeugte Laserstrahlung wird mittels einer Strahlführungseinrichtung 1 10 in Form einer oder mehrerer Glasfasern zu einer Scanneroptik 120 geleitet und dort eingekoppelt. Die Scanneroptik 120 beinhaltet nicht dargestellte Spiegel zur Lenkung des The apparatus 10 comprises a remote laser beam welding apparatus having a laser source 00 with a solid-state laser. The laser radiation generated by the laser source 00 is guided by means of a beam guiding device 1 10 in the form of one or more optical fibers to a scanner optics 120 and coupled there. The scanner optics 120 includes mirrors, not shown, for steering the
Laserstrahls sowie Strahlformungsmittel. Mittels der Scanneroptik 120 wird der Laserstrahl L auf das Werkstück 200 gerichtet und fokussiert. Die Scanneroptik 120 ist an der Handachse eines Gelenkarmroboters 130 angeordnet. Der Laser beam and beam shaping agent. By means of the scanner optics 120, the laser beam L is directed onto the workpiece 200 and focused. The scanner optics 120 is arranged on the hand axis of an articulated arm robot 130. Of the
Gelenkarmroboter 130 weist sechs Bewegungsachsen auf, angedeutet durch die Doppelpfeile in Figur 1. Mittels des Roboters 130 kann die Scanneroptik 120 über ein Werkstück 200 geführt werden. Das Werkstück 200 ist auf einer Articulated arm robot 130 has six axes of movement, indicated by the double arrows in FIG. 1. By means of robot 130, scanner optics 120 can be guided over a workpiece 200. The workpiece 200 is on a
Werkstückaufnahme 210 angeordnet und mittels nicht dargestellter Workpiece holder 210 arranged and by means not shown
Spannelemente fixiert. Fixed clamping elements.
Weiterhin ist an der Scanneroptik 120 eine Schneidgasdüse 140 mittels einer Halterung 150 befestigt. Die Schneidgasdüse 140 ist über eine Gasleitung 160 mit einer Gaszuführvorrichtung 170 verbunden. Aus der Schneidgasdüse 140 trifft ein Schneidgasstrom S auf das Werkstück 200 an einer Bearbeitungsstelle 220 auf. Furthermore, a cutting gas nozzle 140 is attached to the scanner optics 120 by means of a holder 150. The cutting gas nozzle 140 is connected to a gas supply device 170 via a gas line 160. From the cutting gas nozzle 140, a cutting gas stream S impinges on the workpiece 200 at a processing point 220.
Für das Ausbilden einer Schnittlinie im Werkstück 200 wird der von der Remote- Schweißvorrichtung bereitgestellte Laserstrahl L ebenfalls auf die Bearbeitungsstelle 220 auf dem Werkstück 200 gerichtet. Hierzu wird der For forming a cutting line in the workpiece 200, the laser beam L provided by the remote welding apparatus is also applied to the Machining point 220 directed on the workpiece 200. For this purpose, the
Laserstrahl L mittels der Scannervorrichtung 120 durch Bewegung der Laser beam L by means of the scanner device 120 by movement of the
Scannerspiegel positioniert. Laserstrahl L und Schneidgasstrom S treffen dann auf dieselbe Bearbeitungsstelle 220 auf. Da der Laserstrahl L von einer für das Schweißen ausgelegten Anlage bereitgestellt wird, weist er für das Schweißen typische Strahlparameter auf, insbesondere einen typischen Scanner mirror positioned. Laser beam L and cutting gas flow S then impinge on the same processing point 220. Since the laser beam L is provided by a system designed for welding, it has typical beam parameters for welding, in particular a typical one
Strahlfleckdurchmesser. Der Laserstrahl bewirkt das Ausbilden einer Beam spot diameter. The laser beam causes the formation of a
Dampfkapillare und eines angrenzenden Schmelzbads im Werkstück 200. Der Schneidgasstrom S bläst das schmelzflüssige Material aus der Bearbeitungsstelle 220 aus, so dass eine Schneidfuge bzw. Schneidkerbe im Werkstück entsteht. Steam capillary and an adjacent molten bath in the workpiece 200. The cutting gas stream S blows the molten material from the processing point 220, so that a cutting groove or cutting notch in the workpiece is formed.
Nach dem Positionieren des Laserstrahls L in Relation zum Schneidgasstrom S bzw. zur Schneidgasdüse 140 werden die Scannerachsen der Scanneroptik 120 starr gestellt. Dies kann durch eine Kontrollvorrichtung 180 der Remote- Laserstrahlschweißvorrichtung erfolgen, die beispielsweise auch die Bewegungen des Roboters 30 und/oder die Laserquelle 00 steuern bzw. regeln kann. After positioning the laser beam L in relation to the cutting gas flow S or to the cutting gas nozzle 140, the scanner axes of the scanner optics 120 are set rigidly. This can be done by a control device 180 of the remote laser beam welding device, which can also control or regulate, for example, the movements of the robot 30 and / or the laser source 00.
Laserstrahl L und Schneidgasstrom S sind dann relativ zueinander ortsfest angeordnet. Laser beam L and cutting gas flow S are then arranged stationary relative to each other.
Zum Ausbilden einer Schnittlinie entlang einer Schneidkontur wird die To form a cutting line along a cutting contour, the
Scanneroptik 120 mitsamt Schneidgasdüse 140 von dem Roboter 130 über das Werkstück 200 bewegt. Scanner optics 120 along with cutting gas nozzle 140 of the robot 130 over the workpiece 200 moves.
Figur 2 zeigt eine Detailansicht der Scanneroptik 120 mit daran befestigter Schneidgasdüse 140. Die Schneidgasdüse 140 ist innerhalb des Arbeitsfelds 122 der Scanneroptik 120 angeordnet. Der Laserstrahl kann so in einem Winkel nahe 90 Grad auf das Werkstück treffen und gleichzeitig kann die Schneidgasdüse in großer Nähe zur Bearbeitungsstelle 220 angeordnet werden. FIG. 2 shows a detailed view of the scanner optics 120 with a cutting gas nozzle 140 attached thereto. The cutting gas nozzle 140 is arranged within the working field 122 of the scanner optics 120. The laser beam can thus hit the workpiece at an angle close to 90 degrees, and at the same time the cutting gas nozzle can be arranged in close proximity to the machining point 220.
Der Laserstrahl L kann zur Vermeidung einer Rückreflektion nicht senkrecht auf das Werkstück positioniert sein, sondern kann um einen Winkel α gegenüber der Senkrechten geneigt sein. Der Winkel α liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0 und 5 Grad. The laser beam L can not be positioned perpendicular to the workpiece to avoid a back reflection, but can be inclined by an angle α relative to the vertical. The angle α is preferably in a range between 0 and 5 degrees.
Zur Verbesserung des Materialaustrags aus der Schneidfuge ist die To improve the material discharge from the cutting joint is the
Schneidgasdüse 140 schleppend angeordnet. Der Schneidgasstrom S wird unter einem Winkel ß im Bereich von größer 0 Grad bis 45 Grad zum Laserstrahl L angeordnet. Der Schneidgasstrom kann von der Kontrollvorrichtung der Remote- Laserstrahlschweißvorrichtung gesteuert werden oder alternativ von einer eigenen Steuervorrichtung. Cutting gas nozzle 140 arranged sluggish. The cutting gas flow S is arranged at an angle β in the range of greater than 0 degrees to 45 degrees to the laser beam L. The cutting gas stream may be separated from the control device of the remote Laser beam welding device to be controlled or alternatively by a separate control device.
Das Ausführungsbeispiel ist nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. The embodiment is not to scale and not limiting.
Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich. Modifications in the context of expert action are possible.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Vorrichtung zum Laserstrahlschneiden10 Apparatus for laser beam cutting
100 Laserquelle 100 laser source
110 Strahiführungseinnchtung  110 aerial guidance
120 Scanneroptik  120 scanner optics
130 Gelenkarmroboter  130 articulated robot
140 Schneidgasdüse  140 cutting gas nozzle
150 Halterung  150 bracket
160 Gasleitung  160 gas line
170 Gaszuführvorrichtung  170 Gas supply device
180 Kontrollvorrichtung  180 control device
200 Werkstück  200 workpiece
210 Werkstückaufnahme  210 workpiece holder
220 Bearbeitungsstelle  220 processing point
L Laserstrahl  L laser beam
S Schneidgasstrom  S cutting gas flow
α, ß Winkel α, ß angle

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Laserstrahlschneiden eines Werkstücks bei dem 1. A method for laser beam cutting a workpiece in the
ein Laserstrahl (L) mittels einer scannerbasierten Remote- Laserstrahlschweißvorrichtung auf das Werkstück (200) gerichtet wird und ein Schmelzbad an einer Bearbeitungsstelle (220) erzeugt,  a laser beam (L) is directed onto the workpiece (200) by means of a scanner-based remote laser beam welding device and generates a molten bath at a processing point (220),
ein Schneidgasstrom (S) auf die Bearbeitungsstelle (220) gerichtet wird zum Ausblasen von schmelzflüssigem Material aus der Bearbeitungsstelle (220),  a cutting gas stream (S) is directed to the processing site (220) for blowing molten material from the processing site (220),
eine Relativbewegung zwischen Bearbeitungsstelle (220) und Werkstück (200) entlang einer Schneidkontur erfolgt.  a relative movement between the machining point (220) and the workpiece (200) takes place along a cutting contour.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , bei dem 2. The method according to claim 1, wherein
der Laserstrahl (L) und der Schneidgasstrom (S) während des Schneidens relativ zueinander ortsfest angeordnet sind. the laser beam (L) and the cutting gas stream (S) are arranged stationary relative to each other during cutting.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, bei dem 3. The method according to claim 1 or 2, wherein
der Laserstrahl (L) stechend auf das Werkstück (200) gerichtet wird, insbesondere unter einem Winkel zwischen 0 Grad und 5 Grad. the laser beam (L) is directed sharply toward the workpiece (200), in particular at an angle between 0 degrees and 5 degrees.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei dem 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein
der Schneidgasstrom (S) schleppend zugeführt wird, insbesondere unter einem Winkel zum auftreffenden Laserstrahl (L) im Bereich von mehr als 0 Grad bis maximal 45 Grad, oder von 15 Grad bis 45 Grad. the cutting gas stream (S) is supplied sluggishly, in particular at an angle to the incident laser beam (L) in the range of more than 0 degrees to a maximum of 45 degrees, or of 15 degrees to 45 degrees.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei dem das 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the
Schneidgas mit einem Druck von 300 kPa oder mehr, insbesondere mit einem Druck von 300 kPa bis 3000 kPa oder von 500 kPa bis 2000 kPa der Cutting gas with a pressure of 300 kPa or more, in particular with a pressure of 300 kPa to 3000 kPa or 500 kPa to 2000 kPa
Bearbeitungsstelle (220) zugeführt wird. Processing point (220) is supplied.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, bei dem die Bewegung der Bearbeitungsstelle (220) relativ zu dem Werkstück (200) mittels eines mehrachsigen Industrieroboters (130) erfolgt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the movement of the machining point (220) relative to the workpiece (200) by means of a multi-axis industrial robot (130).
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, 7. The method according to any one of claims 1 to 6,
bei dem mit dem Laserstrahl (L) weiterhin eine Schweißnaht in dem Werkstück (200) ausgebildet wird. wherein a weld is further formed in the workpiece (200) with the laser beam (L).
8. Vorrichtung zum Laserstrahlschneiden mit: 8. Apparatus for laser beam cutting with:
einer scannerbasierten Remote-Laserstrahlschweißvorrichtung, die zumindest eine Laserquelle (100), eine Strahlführungseinrichtung (110) und eine a scanner-based remote laser beam welding apparatus, the at least one laser source (100), a beam guiding device (110) and a
Scanneroptik (120) zur Positionierung und Fokussierung eines Laserstrahls (L) auf eine Bearbeitungsstelle (220) eines Werkstück (200) beinhaltet, und Scanner optics (120) for positioning and focusing a laser beam (L) on a processing point (220) of a workpiece (200) includes, and
einer Schneidgasdüse (140) eingerichtet zum Ausblasen von schmelzflüssigem Material aus der Bearbeitungsstelle (220). a cutting gas nozzle (140) adapted for blowing molten material from the processing station (220).
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 8, bei der 9. Device according to claim 8, wherein
die Schneidgasdüse (220) im Arbeitsfeld (122) der Scanneroptik (120) angeordnet ist. the cutting gas nozzle (220) in the working field (122) of the scanner optics (120) is arranged.
10. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 8 oder 9, bei der 10. Device according to one of the claims 8 or 9, wherein
eine Gasaustrittsöffnung der Schneiddüse (140) in einem Bereich von 1 cm bis 3 cm beabstandet zur Bearbeitungsstelle angeordnet ist. a gas outlet opening of the cutting nozzle (140) in a range of 1 cm to 3 cm spaced from the processing point is arranged.
11. Vorrichtung nach einem der Patenansprüche 8 bis 10, weiterhin mit einem mehrachsigen Industrieroboter (130), an dem die Scanneroptik (120) angeordnet ist. 11. Device according to one of the claims 8 to 10, further comprising a multi-axis industrial robot (130) on which the scanner optics (120) is arranged.
12. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 8 bis 11 , bei der 12. Device according to one of the claims 8 to 11, wherein
die Schneidgasdüse (140) und die Scanneroptik (120) relativ zueinander ortsfest angeordnet sind. the cutting gas nozzle (140) and the scanner optics (120) are arranged stationary relative to one another.
13. Vorrichtung nach einem der Patenansprüche 8 bis 12, bei der 13. Device according to one of the claims 8 to 12, wherein
die Schneidgasdüse ( 40) in Schneidrichtung vor dem Laserstrahl (L) angeordnet ist. the cutting gas nozzle (40) is arranged in the cutting direction in front of the laser beam (L).
14. Vorrichtung nach einem der Patenansprüche 8 bis 13, mit einer 14. Device according to one of the claims 8 to 13, with a
Kontrollvorrichtung (180), die eingerichtet ist die Scannerachsen während des Schneidprozesses starr zu stellen. Control device (180) adapted to rigidly set the scanner axes during the cutting process.
15. Vorrichtung nach einem der Patenansprüche 8 bis 14, bei der 15. Device according to one of the claims 8 to 14, wherein
die Laserquelle (100) einen Festkörperlaser, insbesondere einen Scheiben- oder Faserlaser, aufweist. the laser source (100) has a solid-state laser, in particular a disk or fiber laser.
PCT/EP2015/054459 2014-03-24 2015-03-04 Method and device for laser beam cutting WO2015144399A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15707649.8A EP3122511A1 (en) 2014-03-24 2015-03-04 Method and device for laser beam cutting

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014205387.0A DE102014205387A1 (en) 2014-03-24 2014-03-24 Method and apparatus for laser beam cutting
DE102014205387.0 2014-03-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015144399A1 true WO2015144399A1 (en) 2015-10-01

Family

ID=52598768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/054459 WO2015144399A1 (en) 2014-03-24 2015-03-04 Method and device for laser beam cutting

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3122511A1 (en)
DE (1) DE102014205387A1 (en)
WO (1) WO2015144399A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111215800B (en) * 2020-02-10 2021-02-02 武汉理工大学 Maintenance amount detection device and detection method for welding maintenance robot

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10204993A1 (en) * 2002-02-05 2003-08-14 Jenoptik Automatisierungstech Device for processing three-dimensional workpiece surfaces by means of laser
DE102007062212A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Linde Ag Method for laser cutting a workpiece using a remote laser comprises gassing a processing region during processing of the workpiece by a process gas nozzle, moving the nozzle afterwards and gassing another processing region
DE102007062211A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Linde Ag Laser-remote-welding process employs agile laser beam moved and tilted relative to workpiece, with mobile nozzle blowing gas onto one weld region before moving on to the next

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2659860B2 (en) * 1990-11-29 1997-09-30 三菱重工業株式会社 Laser cutting method
JP3131288B2 (en) * 1992-05-29 2001-01-31 株式会社アマダ Laser processing method and apparatus
DE10321123A1 (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Lpkf Laser & Electronics Ag Device and working method for laser processing
DE202004021568U1 (en) * 2004-10-20 2009-04-23 Robot-Technology Gmbh robot
DE102009051715A1 (en) * 2009-02-05 2010-08-12 Daimler Ag Apparatus for laser processing of workpieces, e.g. for welding thick metal plates, includes movable head fixed on arm and having specifically located processing modules
DE102010032958A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Messer Cutting & Welding Gmbh Method and device for the thermal processing of a workpiece by means of a laser beam

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10204993A1 (en) * 2002-02-05 2003-08-14 Jenoptik Automatisierungstech Device for processing three-dimensional workpiece surfaces by means of laser
DE102007062212A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Linde Ag Method for laser cutting a workpiece using a remote laser comprises gassing a processing region during processing of the workpiece by a process gas nozzle, moving the nozzle afterwards and gassing another processing region
DE102007062211A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Linde Ag Laser-remote-welding process employs agile laser beam moved and tilted relative to workpiece, with mobile nozzle blowing gas onto one weld region before moving on to the next

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014205387A1 (en) 2015-09-24
EP3122511A1 (en) 2017-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009020146B3 (en) Connecting ends of steel tubes by orbital welding in laser-light-arc hybrid technology, comprises connecting tube ends with welding positions, and guiding laser- and light arc welding head as tool over guiding ring during welding process
DE60314758T2 (en) LASER WELDING METHOD FOR PLASMA PREVENTION
EP3110593A1 (en) Laser machining head having a cross-jet nozzle close to the workpiece
DE102014203025A1 (en) Method for laser beam welding and welding head
DE102014105941A1 (en) Laser beam welding process for the reduction of thermo-mechanical stresses
DE102011001710A1 (en) Method and device for laser beam machining of a workpiece
DE102013215346B4 (en) Process for the laser stripping of coated metal sheets and associated laser stripping plant
DE102014102955A1 (en) Laser beam machine for the thermal processing of workpieces
DE102006011064B4 (en) Method and device for welding a workpiece
EP1935524A1 (en) Device for flame straightening
EP2543451A1 (en) Device for joining workpieces
DE102013210845B4 (en) Method for piercing into metallic workpieces by means of a laser beam
DE102005042361B4 (en) Method for the thermal joining of components, in particular by laser soldering and / or laser welding, and apparatus for carrying out such a method
DE102006021622A1 (en) Scanner welding or soldering machine has optical system with swiveling mirror or flexible scanner optics for directing laser beam on to zones to be joined, pipes allowing protective gases or mixtures to be fed on to zones to be bonded
EP3122511A1 (en) Method and device for laser beam cutting
DE102015014016B3 (en) Handleable laser tool for machining workpieces
DE202014100035U1 (en) Laser welding system
DE102004051225B4 (en) Robot and method for controlling a robot
DE102017201872A1 (en) Method for the thermal joining of a component assembly and component assembly
DE102007028570A1 (en) Device for processing workpieces with the help of a laser beam, comprises means, which directs laser beam and is equipped with a focusing lens system and stationary means for deflecting laser beam and focusing lens system
DE102008054040A1 (en) Method for the production of metal sheet connection through seam welding by laser beam, comprises galvanizing the metal sheet connection, where a welding device is associated to a pressure element influencing on one of the components
EP2033035B1 (en) Method for manufacturing a corrosion-resistant plastic coating of a channel in a component of a laser machining tool and thereby manufactured component of a laser machining tool
WO2019185528A1 (en) Laser cutting method with an increased cutting nozzle distance at the end of the cut, laser cutting machine and computer program product
EP3424636A1 (en) Laser welding system, comprising a propulsion device, a processing lens and at least one tactile guiding device
DE202014003488U1 (en) Joining head for laser beam welding of metal sheets

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15707649

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015707649

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015707649

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE