DE10126032C1 - Vorrichtung zur Laserbearbeitung - Google Patents
Vorrichtung zur LaserbearbeitungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine handführbare Vorrichtung (1) zur Laserbearbeitung eines Werkstückes (2), insbesondere zum Laserschweißen, mit einer Zufuhreinrichtung (6) für einen Zusatzwerkstoff (7). Die Zufuhreinrichtung (6) hat eine an die Kontur des Zusatzwerkstoffes (7) angepaßte Führung (8), mit der sich die Vorrichtung (1) während der Bearbeitung auf dem Zusatzwerkstoff (7) abstützt. Die Führung (8) hat dabei einen derart auf den Zusatzwerkstoff (7) abgestimmten Reibwert, daß bei einer aufgebrachten Vorschubbewegung der Vorrichtung (1) die Führung (8) auf dem Zusatzwerkstoff (7) entlang gleitet. Der Antrieb für eine konstante Vorschubgeschwindigkeit kann daher mittels einer zusätzlich vorgesehenen Fördereinheit für den Zusatzwerkstoff (7) erfolgen.
Description
Die Erfindung betrifft eine handführbare Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstüc
kes, insbesondere zum Laserschweißen, mit einer Fokussieroptik zum Fokussieren des La
serstrahls auf dem Werkstück und mit einer Zufuhreinrichtung für einen Zusatzwerkstoff.
Eine solche Laserbearbeitungsvorrichtung ist beispielsweise durch die DE 198 17 629 A1
bekannt, die zum Fügen oder Beschichten von Werkstücken vorgesehen ist. Die Vorrichtung
hat dabei entweder eine eigene Laserquelle oder ist mittels eines flexiblen Lichtwellenleiters
mit einer stationären Laserstrahlquelle koppelbar. Die Vorrichtung hat weiterhin eine auf ei
nem Schlitten angeordnete Zufuhreinrichtung für einen Zusatzwerkstoff, der beispielsweise
nach einer beschriebenen Ausführungsform stangenförmig, drahtförmig, pastenförmig oder
auch pulverförmig ausgeführt ist. Durch die Zufuhreinrichtung kann der Zusatzwerkstoff dem
Fokuspunkt des Laserstrahles auf dem Werkstück zugeführt werden. Der Zusatzwerkstoff
wird dabei kontinuierlich mit einer adaptierten Richteinheit unter einem Winkel von ca. 15°
bis 60° zur Werkstückoberfläche von oben in das Schmelzbad geführt.
Weiterhin sind durch die DE 39 06 336 A1, die DE 195 19 150 A1 und die DE 196 15 633 C1
weitere handführbare Vorrichtungen zur Laserbearbeitung bekannt.
Als nachteilig hat sich bei den bekannten Vorrichtungen in der Praxis erwiesen, daß die
durch die Zufuhreinrichtung erreichbare Genauigkeit bei der Zuführung des Zusatzwerkstof
fes für spezielle Anwendungen, die höchste Anforderungen an den Schweißprozeß stellen,
nicht ausreicht. Insbesondere erweist sich dabei als hinderlich, daß die Zufuhrposition nur
mit einem vergleichsweise hohen Steuerungsaufwand eingehalten werden kann.
Unter der Internet-Adresse www.scansonic.de ist weiterhin auch eine Fokussieroptik mit in
tegrierter Online-Nahtführung und automatischer Drahtjustage für einen Laserstrahl-Lötkopf
bekannt. Hierbei dient der nachgeführte Zusatzwerkstoff zugleich als 2-D-Taster. Hierzu wird
zunächst ein Pilotlaser in den Strahlengang des späteren Bearbeitungslasers eingeführt,
welcher auf den Zusatzwerkstoff trifft und einen sichtbaren Schatten auf das Werkstück wirft
und damit eine visuelle Kontrolle gestattet. Der Zusatzwerkstoff kann dadurch relativ zu dem
Laserstrahl zentriert werden und ermöglicht so eine Online-Steuerung der Optik. Durch den
Bearbeitungslaser wird der Zusatzwerkstoff im Schmelzbad abgeschmolzen, der dabei ge
gen die Oberfläche des Werkstückes anliegt und durch den Drahtvorschub ständig erneuert
wird. Durch die Abtastung im Randbereich des Schmelzbades liegt der Bezugspunkt im Be
reich des Lötvorganges, wodurch eine unerwünschte Verzögerung zwischen dem Abtasten
der Naht und dem Löten der Naht entfällt. Als nachteilig hat sich dabei erwiesen, daß der
Laserstrahl-Lötkopf lediglich die Korrektur einer vorbestimmten, insbesondere roboterge
führten Bewegungsbahn durch den 2-D-Taster ermöglicht und daher für eine Handführung
ungeeignet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine handführbare Vorrichtung zur Laserbearbei
tung zu schaffen, bei der die Zufuhr des Zusatzwerkstoffes vereinfacht wird. Dabei sollen
insbesondere auch hohe Qualitätsanforderungen an die Schweißverbindung problemlos er
füllt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Pa
tentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbil
dungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung vorgesehen, bei welcher die Zufuhreinrichtung
eine Führung aufweist, durch die der Zusatzwerkstoff kraftschlüssig gegen das Werkstück
anlegbar ist. Hierdurch wird der Zusatzwerkstoff bis zur Erwärmung durch den Laserstrahl in
seiner vorbestimmten Position fixiert, so daß ein Abgleiten oder eine unerwünschte Verlage
rung, die zu einer Verminderung der Qualität führen könnte, ausgeschlossen ist. Der Zusatzwerkstoff
kann hierzu bereits in einem vorbereitenden Arbeitsschritt entlang der ge
wünschten Schweißnaht ausgelegt werden, so daß die Führung lediglich der Fixierung bzw.
der Korrektur der Endposition dient. Die Führung stützt sich dabei insbesondere ausschließ
lich auf dem Zusatzwerkstoff ab, der hierbei eine beliebige Beschaffenheit aufweisen kann
und dadurch zugleich gegenüber dem Werkstück spaltfrei anliegt. Mehrere übereinanderlie
gende Werkstückschichten werden zudem zuverlässig mechanisch gegeneinander gepreßt,
und es wird dadurch eine Spaltbildung zwischen mehreren Werkstückschichten vermieden.
Als besonders erweist es sich dabei auch, wenn die Führung als ein Abstandhalter ausge
führt ist, um so einen definierten Abstand zu dem Werkstück zuverlässig einhalten zu kön
nen. Zugleich entfällt dabei der nach dem Stand der Technik erforderlich hohe Steuerungs
aufwand zur Einhaltung der Fokuslage, so daß neben der Herstellung auch die Handhabung
vereinfacht wird.
Die Führung kann flach ausgeführt sein, um so eine breite Auflagefläche zu ermöglichen.
Besonders vorteilhaft ist hingegen eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei der
die Führung eine Ausformung für den Zusatzwerkstoff aufweist. Hierdurch wird eine uner
wünschte Verlagerung des Zusatzwerkstoffes unter dem Einfluß der Anpreßkraft vermieden.
Die Ausformung entspricht hierzu im wesentlichen der Kontur des Zusatzwerkstoffes und
schließt diesen auf mehreren Seiten ein.
Eine andere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, daß die
Führung eine Ausnehmung für den Zusatzwerkstoff aufweist. Durch diese Ausnehmung wird
der Zusatzwerkstoff hindurchgeführt, wodurch eine zuverlässige Überwachung der Zufüh
rung erreicht und eine fehlerhafte Anwendung ausgeschlossen wird. Der beispielsweise
drahtförmige Zusatzwerkstoff wird dabei durch die Vorschubbewegung von einer Spule ab
gewickelt und durch die Ausnehmung unmittelbar der Erwärmungszone zugeführt. Der Be
diener kann dabei die Zuführung des Zusatzwerkstoffes visuell kontrollieren.
Die Führung kann mit einer reibungsmindernden Oberflächenbeschaffenheit ausgestattet
sein. Eine andere besonders günstige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
hingegen dann erreicht, wenn die Führung einen drehbaren Wälzkörper aufweist, durch den
der Zusatzwerkstoff gegen das Werkstück anpreßbar ist. Hierbei wird die Anpreßkraft mittels
der frei drehbaren oder angetriebenen Wälzkörper auf den Zusatzwerkstoff übertragen, so
daß bei der Vorschubbewegung der Vorrichtung eine Relativbewegung zwischen der Füh
rung und dem Zusatzwerkstoff sichergestellt ist. Eine unerwünschte, vorschubbedingte Ver
lagerung des Zusatzwerkstoffes, mit der eine ungeeignete Menge des Zusatzwerkstoffes in
der Verbindungszone verbunden ist, wird dadurch vermieden. Die Wälzkörper können hierzu
beispielsweise als Rolle mit einer Einschnürung am Umfang ausgeführt sein, die auf dem
Zusatzwerkstoff entlang gerollt werden können.
Eine weitere besonders praxisnahe Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird auch dann
erreicht, wenn die Führung zur Anpassung an unterschiedliche Abmessungen oder Quer
schnittsformen des Zusatzwerkstoffes einstellbar ist, um dadurch einen flexiblen Einsatz un
terschiedlicher Zusatzwerkstoffe mit verschiedenen Formgebungen zu ermöglichen. Die Füh
rung kann hierzu beispielsweise schwenk- oder verschiebbare Seitenteile aufweisen, die
manuell im unbelasteten Zustand eingestellt werden können. Weiterhin können auch einzel
ne Abschnitte der Führung austauschbar sein.
Die Vorrichtung könnte zusätzlich eine oder mehrere Rollen aufweisen, um sich auf dem
Werkstück abzustützen oder die als Abstandhalter dienen. Besonders praxisnah ist es hin
gegen auch, wenn die Vorrichtung ausschließlich mittels der Zufuhreinrichtung auf dem
Werkstück abstützbar ist. Hierdurch wird durch die Zufuhreinrichtung zugleich auch die Posi
tionierung der Führung der Vorrichtung übernommen, so daß eine fehlerhafte Vorschubbe
wegung im wesentlichen ausgeschlossen ist. Die Führung wird dabei auf dem Zusatzwerk
stoff verschoben, wobei zugleich die nötige Anpreßkraft gegenüber dem Werkstück aufge
bracht wird. Die Qualität der Schweißverbindung läßt sich auf diese Weise weiter erhöhen.
Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn mittels der Führung die Zufuhr des
Zusatzwerkstoffes entsprechend der Vorschubbewegung erfolgt, um so eine Relativbewe
gung zwischen der Zusatzwerkstoff und dem Werkstück ausschließen zu können.
Hierzu eignet sich besonders auch eine Weiterbildung der Erfindung, bei der die Zufuhrein
richtung eine Fördereinheit für den Zusatzwerkstoff aufweist. Der Zusatzwerkstoff wird dabei
durch die Fördereinheit in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit in der entsprechenden
Menge zugeführt, so daß eine gleichbleibend optimale Zufuhr des Zusatzwerkstoffes in die
Bearbeitungszone sichergestellt ist.
Dabei erweist sich eine Ausgestaltung dadurch als besonders einfach, daß mittels der För
dereinheit für den Zusatzwerkstoff zugleich auch die Vorschubbewegung der Vorrichtung
erreichbar ist. Dabei gleitet die Vorrichtung mit der Führung entsprechend der durch die För
dereinheit bestimmten Geschwindigkeit auf dem Zusatzwerkstoff, wodurch sich die er
wünschte Relativbewegung zwischen dem Laser und dem Werkstück ergibt. Ein zusätzlicher
Antrieb für die Vorrichtung ist daher nicht erforderlich, so daß sich der Aufwand für die Her
stellung der Vorrichtung wesentlich verringern läßt. Dabei wird die Relativbewegung zuverlässig
eingehalten, da sich die Vorschubbewegung als definierte Größe (Fördergeschwindig
keit des Drahtes) zwischen Bearbeitungskopf und Zusatzwerkstoff ergibt, wobei sich der Zu
satzwerkstoff kraftschlüssig auf dem Werkstück befindet.
Eine andere besonders günstige Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auch da
durch geschaffen, daß die Vorrichtung zur Erzeugung einer Differenz zwischen der Zufuhr
geschwindigkeit und der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer manuell durch
einen Bediener aufgebrachten Betätigungskraft ausgeführt ist. Auf diese Weise kann der
Bediener bei der Durchführung der Laserbearbeitung jederzeit in den Ablauf eingreifen. Ins
besondere kann dieser die Vorschubgeschwindigkeit verringern, indem er eine erhöhte Be
tätigungskraft aufbringt. Diese Betätigungskraft kann dann beispielsweise mittels einer Sen
sorik der Vorrichtung erfaßt und durch eine Steuereinheit in geänderte Parameter für die
Vorschubgeschwindigkeit bzw. die Zufuhrgeschwindigkeit umgesetzt werden.
Eine ebenfalls besonders praxisnahe Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird auch dadurch geschaffen, daß die Zufuhreinrichtung den Laserstrahl einschließt. Hier
durch wird eine Gefährdung der Umgebung durch unbeabsichtigt austretende Laserstrahlung
vermieden. Der Laserstrahl ist hierbei im Inneren einer als Hohlkörper ausgeführten Zufuh
reinrichtung angeordnet, wobei eine Öffnung zur Beobachtung der Wärmeeinflußzone vor
gesehen sein kann.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Zufuhreinrichtung eine zusätzliche Gasdüse aufweist, um
hierdurch ein Reaktionsgas der Bearbeitungszone auf dem Werkstück zuführen zu können.
Die Eigenschaften der Schweißverbindung können somit zusätzlich verbessert werden.
Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres
Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Diese zeigt in
Fig. 1 eine Seifenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Laserbearbeitung eines Werkstückes
2. Die Vorrichtung 1 ist handführbar und eignet sich damit insbesondere zum individuellen
Einsatz, beispielsweise für Reparaturzwecke. Ein Laserstrahl 3, welcher entweder unmittel
bar in der Vorrichtung 1 mittels einer nicht dargestellten Laserstrahlungsquelle erzeugt oder
mittels eines Lichtwellenleiters von außen zuführbar ist, wird mittels einer Fokussieroptik 4 in
eine Bearbeitungszone 5 des Werkstückes 2 fokussiert. Die Vorrichtung 1 stützt sich dabei
mittels einer Zufuhreinrichtung 6 auf einem Zusatzwerkstoff 7 ab. Hierzu hat die Zufuhrein
richtung 6 eine Führung 8, welche eine unerwünschte Verlagerung des Zusatzstoffes 7 aus
der Sollposition verhindert. Die Führung 8 ist dabei derart auf den Zusatzwerkstoff 7 abge
stimmt, daß die Vorschubbewegung in Vorschubrichtung 9 zu einer Gleitbewegung der Vor
richtung 1 auf dem Zusatzwerkstoff 7 führt, der somit zugleich die Vorschubrichtung 9 fest
legt. Hierbei kann der Zusatzwerkstoff 7 zusätzlich durch eine nicht dargestellte Förderein
heit der Vorrichtung 1 mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit zuführbar sein, wo
durch zugleich die Vorschubgeschwindigkeit der Vorrichtung 1 festgelegt ist. Der Bediener
kann jedoch jederzeit manuell in die Vorschubbewegung der Vorrichtung 1 eingreifen und
eine Differenz zwischen der Fördergeschwindigkeit und der Vorschubgeschwindigkeit erwir
ken. Hierbei kann zudem die Betätigungskraft erfaßt und in ein geändertes Steuerprogramm
der Vorschubbewegung umgesetzt werden.
Die Vorrichtung 1 wird ergänzend auch anhand der Fig. 2 erläutert, die eine Vorderansicht
der Vorrichtung 1 darstellt. Zu Erkennen ist die Zufuhreinrichtung 6 mit der Führung 8, durch
die sich die Vorrichtung 1 bei der Bearbeitung auf dem Zusatzwerkstoff 7 abstützt und diesen
bis zur Schmelze in der Position auf dem Werkstück 2 fixiert. Dabei wird zugleich das Werk
stück 2 gegen eine nicht dargestellte Auflage oder weitere Werkstücke gepreßt. Die Führung
8 hat eine an die Kontur des Zusatzstoffes 7 angepaßte Ausformung 10, um so eine ausrei
chende seitliche Abstützung der Vorrichtung 1 bei der Vorschubbewegung zu erreichen.
1
Vorrichtung
2
Werkstück
3
Laserstrahl
4
Fokussieroptik
5
Bearbeitungszone
6
Zufuhreinrichtung
7
Zusatzwerkstoff
8
Führung
9
Vorschubrichtung
10
Ausformung
Claims (13)
1. Handführbare Vorrichtung (1) zur Laserbearbeitung eines Werkstückes (2), insbesondere
zum Laserschweißen, mit einer Fokussieroptik (4) zum Fokussieren des Laserstrahls (3) auf
dem Werkstück (2) und mit einer Zufuhreinrichtung (6) für einen Zusatzwerkstoff (7), dadurch
gekennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtung (6) eine Führung (8) aufweist, durch die der Zu
satzwerkstoff (7) kraftschlüssig gegen das Werkstück (2) anlegbar ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (8) als ein
Abstandhalter ausgeführt ist.
3. Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung
(8) eine Ausformung (10) für den Zusatzwerkstoff (7) aufweist.
4. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Führung (8) eine Ausnehmung für den Zusatzwerkstoff (7) aufweist.
5. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Führung einen drehbaren Wälzkörper aufweist, durch den der Zusatzwerk
stoff gegen das Werkstück anpreßbar ist.
6. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Führung (8) zur Anpassung an unterschiedliche Abmessungen oder Quer
schnittsformen des Zusatzwerkstoffes (7) einstellbar ist.
7. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vorrichtung (1) ausschließlich mittels der Zufuhreinrichtung (6) auf dem
Werkstück (2) abstützbar ist.
8. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß mittels der Führung (8) die Zufuhr des Zusatzwerkstoffes (7) entsprechend der
Vorschubbewegung erfolgt.
9. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zufuhreinrichtung (6) eine Fördereinheit für den Zusatzwerkstoff (7) auf
weist.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Fördereinheit
für den Zusatzwerkstoff (7) zugleich auch die Vorschubbewegung der Vorrichtung (1) er
reichbar ist.
11. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vorrichtung (1) zur Erzeugung einer Differenz zwischen der Zufuhrge
schwindigkeit und der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer manuell durch
einen Bediener aufgebrachten Betätigungskraft ausgeführt ist.
12. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zufuhreinrichtung (6) den Laserstrahl (3) einschließt.
13. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zufuhreinrichtung (6) eine zusätzliche Gasdüse aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10126032A DE10126032C1 (de) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | Vorrichtung zur Laserbearbeitung |
Applications Claiming Priority (1)
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DE10126032A DE10126032C1 (de) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | Vorrichtung zur Laserbearbeitung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE10126032C1 true DE10126032C1 (de) | 2002-07-25 |
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ID=7686458
Family Applications (1)
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DE10126032A Expired - Fee Related DE10126032C1 (de) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | Vorrichtung zur Laserbearbeitung |
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- 2001-05-28 DE DE10126032A patent/DE10126032C1/de not_active Expired - Fee Related
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