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