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Die
Erfindung betrifft Einrichtungen zur Zuführung von Schweißdraht
an die Bearbeitungsstelle beim Laserschweißen mit einer
Transportvorrichtung und einem nachgeordneten Führungsrohr
für den Schweißdraht.
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Drahtförderer
für die Zuführung von Zusatzmaterial für
Schweißprozesse sind allgemein bekannt.
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Beispielsweise
ist durch die Druckschrift
DE 43
20 405 C2 (Vorrichtung zur schlupffreien Förderung
von Draht) ein Drahtförderer mit einem Mittel zur Erkennung
des Krümmungsverhaltens des Drahtes bekannt. In der Drahtspeichereinheit
wird dabei sichergestellt, dass eine geschlossene Drahtschlaufe vor
einer Drahtführungseinrichtung vorhanden ist. Über
eine Steuereinheit wird weiterhin eine Drahtzufuhreinheit gesteuert.
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Durch
die
DE 197 32 379
C2 (Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von
Schweißdraht) ist eine Lösung bekannt, wobei mittels
eines elastisch verformbaren Element auftretende Kräfteschwankungen innerhalb
eines Antriebs zum Drahtfördern kompensiert werden.
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Diese
Lösungen dienen weitestgehend der Sicherstellung einer
kontinuierlichen Zufuhr von Schweißdraht als Zusatzmaterial
während des Schweißprozesses.
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Der
im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
Schweißdraht einfach platziert und gezielt der Bearbeitungsstelle beim
Laserschweißen zuzuführen.
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Diese
Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen
gelöst.
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Die
Einrichtungen zur Zuführung von Schweißdraht an
die Bearbeitungsstelle beim Laserschweißen mit einer Transportvorrichtung
und einem nachgeordneten Führungsrohr für den
Schweißdraht zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass Schweißdraht
einfach platziert und gezielt der Bearbeitungsstelle zuführbar
ist. Dazu ist die Transportvorrichtung und das Führungsrohr
als Fördersystem mit einem Verstellmechanismus so versehen,
dass wenigstens das Ende des Führungsrohres mit der Drahtaustrittsöffnung
gegenüber dem Laserstrahl bewegbar ist. Weiterhin besitzt
das Führungsrohr eine Bogenform, wobei ein erster Teil
des Führungsrohres überwiegend parallel zum Laserstrahl
und ein zweiter Teil winklig zum ersten Teil angeordnet sind, so
dass die Drahtaustrittsöffnung in Richtung des Laserstrahls
und/oder der Bearbeitungsstelle weist.
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Mit
dem Verstellmechanismus kann vorteilhafterweise die Position des
Endes des Führungsrohres in Beziehung zum Laserstrahl so
eingestellt werden, dass der Schweißdraht vorbestimmt der
Bearbeitungsstelle zuführbar ist. Das erfolgt vorteilhafterweise
in Abhängigkeit des Schweißdrahtmaterials, des
Durchmessers des Schweißdrahtes und dem der Bearbeitungsstelle
zuzuführenden Menge an Schweißdraht. Dabei kann
vorteilhafterweise auch die Form des aus dem Führungsrohr
austretenden Schweißdrahtes mit berücksichtigt
werden.
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Der
Verstellmechanismus ist dazu so ausgebildet, dass dieser handbetätigbar
oder mit wenigstens einem Antrieb gekoppelt ist. Dazu ist das Fördersystem über
wenigstens ein Drehgelenk gelagert, mit einem x-,y-Positioniersystem
oder einer Kombination daraus angeordnet. Damit ist der Endenbereich
des Führungsrohres mit der Austrittsöffnung des
Schweißdrahtes in der x-Achse zum Laserstrahl und durch
die y-Achse in der Ebene parallel zur Bearbeitungsstelle verfahrbar.
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Damit
kann die Position des Führungsrohrs entsprechend der technologischen
Bedingungen voreingestellt oder während der Bearbeitung
entsprechend der Bearbeitungsbedingungen angepasst werden.
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Das
Führungsrohr kann dabei auch relativ lang ausgeführt
sein.
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Weiterhin
ist die Einrichtung in ihrer Grundfläche gegenüber
der Bearbeitungsfläche raumsparend ausführbar,
so dass die vielfältigsten Montagemöglichkeiten
auch an bestehende Laserschweißanlagen gegeben sind.
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Die
Einrichtung zur Zuführung von Schweißdraht an
die Bearbeitungsstelle beim Laserschweißen ist ein separates
Gerät, dass einfach durch Zurüstung den Arbeits platz
ergänzt. Natürlich kann dazu auch ein Drahtmagazin,
beispielsweise eine Drahtrolle, ein Bestandteil der Einrichtung
sein. Dadurch ist eine kompakte Einrichtung vorhanden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen
2 bis 15 angegeben.
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Das
Fördersystem ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
2 über wenigstens ein Drehgelenk in mindestens einer Ebene
schwenkbar. Weiterhin ist das Fördersystem mit wenigstens
einem Antrieb gekoppelt.
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Mit
einem ebenen Drehgelenk kann damit das Ende des Führungsrohres
mit der Austrittsöffnung des Schweißdrahtes einfach
in Richtung des Laserstrahls oder von diesem weg bewegt werden.
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Bei
zwei miteinander gekoppelten Drehgelenken kann das Ende des Führungsrohres
zusätzlich in der Ebene parallel zur Bearbeitungsstelle
geschwenkt werden.
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Die
Bewegungen erfolgen mittels der Antriebe, die handbetätigt
oder motorisch ausgeführt sein können.
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Das über
das Drehgelenk schwenkbare Fördersystem ist nach der Weiterbildung
des Patentanspruchs 3 geführt bewegbar. Weiterhin ist das
Fördersystem mit Antrieben so gekoppelt, dass das Fördersystem
in seiner Höhe gegenüber der Bearbeitungsstelle
sowie der Abstand zwischen Drahtaustrittsöffnung des Führungsrohres
und Laserstrahl einstellbar ist. Neben der Position der Austrittsöffnung gegenüber
dem Laserstrahl ist damit auch die Position der Austrittsöffnung
gegenüber der Bearbeitungsstelle einstellbar.
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Das
Fördersystem ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
4 in Richtung des Laserstrahles oder von diesem weg geführt
bewegbar. Weiterhin ist ein in der Führungsachse arbeitender
handbetätigbarer oder motorischer Antrieb an das Fördersystem
gekoppelt.
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Damit
kann der Abstand zwischen Ende des Führungsrohres und dem
Laserstrahl einfach eingestellt werden. Mittels einem angesteuertem
Motor kann das auch während des Schweißens erfolgen.
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Das
Fördersystem ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
5 an einem x-y-Positioniersystem angeordnet ist, wobei das Fördersystem
durch die x-Achse winklig zum Laserstrahl und durch die y-Achse
parallel zum Laserstrahl verfahrbar ist. Weiterhin ist jeweils ein
in der x-Achse und ein in der y-Achse arbeitender handbetätigbarer
oder motorischer Antrieb an das x-y-Positioniersystem gekoppelt.
Dadurch kann der Abstand zwischen Ende des Führungsrohres
mit der Austrittsöffnung des Schweißdrahtes und
Laserstrahl und das Ende in einer Ebene parallel zur Bearbeitungsstelle
verfahren und eingestellt werden. Das kann sowohl einmal vor Beginn
des Arbeitsprozesses, aber auch während des Arbeitsprozesses
erfolgen. Dadurch können optimale Einstellungen entsprechend
sowohl der Bedingungen des Laserschweißens als auch des
einzusetzenden Schweißdrahtes vorgenommen werden, so dass
eine hohe Qualität der Schweißnaht erzielbar ist.
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In
Fortführung ist das Fördersystem nach der Weiterbildung
des Patentanspruchs 6 an einem x-y-z-Positioniersystem angeordnet,
wobei das Fördersystem durch die x-Achse winklig zum Laserstrahl und
durch die y-Achse parallel zum Laserstrahl sowie durch die z-Achse
in seiner Höhe gegenüber der Bearbeitungsstelle
verfahrbar ist. Weiterhin ist jeweils ein in der x-Achse, ein in
der y-Achse und ein in der z-Achse arbeitender handbetätigbarer
oder motorischer Antrieb an das x-y-z-Positioniersystem gekoppelt.
Damit kann das Ende des Führungsrohres mit der Austrittsöffnung
für den Schweißdraht zusätzlich in der
Höhe gegenüber der Bearbeitungsstelle verfahren
und eingestellt werden.
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Der
Antriebsmechanismus der Transportvorrichtung und der wenigstens
eine Antrieb für das Fördersystem sind nach der
Weiterbildung des Patentanspruchs 7 mit einer Steuerung zusammengeschaltet.
Dadurch können vorteilhafterweise sowohl die Bewegungen
des Endes des Führungsrohres als auch die Vorschubbewegung
des Schweißdrahtes durch die Transportvorrichtung entsprechend
der technologischen Bedingungen des Schweißprozesses gesteuert
werden. Damit können optimale Arbeitsbedingungen eingestellt
werden.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 befindet sich die Einrichtung
zur Zuführung von Schweißdraht an einer den Laserstrahl
auskoppelnden Einrichtung. Mit der Führung des Laserstrahles über
das Werkstück erfolgt dabei gleichzeitig vorteilhafterweise
die Bewegung des Führungsrohres. Dadurch ist ein sehr einfacher
Aufbau gegeben.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 ist mindestens eine wenigstens
den Endenbereich des aus dem Führungsrohr heraustretenden
Schweißdrahtes, die Austrittsöffnung des Schweißdrahtes 2 oder
den Endenbereich des Führungsrohres abbildende Optik angeordnet.
Damit kann die Position und die Lage des Endenbereichs des Schweißdrahtes
und/oder die Geometrie des aus dem Führungsrohr heraustretenden
Endenbereichs des Schweißdrahtes bestimmt und festgestellt
werden. Diese können als Einstellwerte für eine
optimale Zuführung des Schweißdrahtes genutzt
werden.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 besitzt eine den Laserstrahl
auskoppelnde Einrichtung wenigstens eine die Bearbeitungsstelle
abbildende Optik oder ist an der den Laserstrahl auskoppelnden Einrichtung
eine die Bearbeitungsstelle abbildende Optik angeordnet, so dass
neben der Bearbeitungsstelle auch wenigstens der Endenbereich des
Führungsrohres mit der Austrittsöffnung des Schweißdrahtes
einschließlich dessen Endenbereich, der Endenbereich des
Schweißdrahtes oder die Austrittsöffnung des Schweißdrahtes
abgebildet wird. Damit können die Bearbeitungsstelle, die
Position des Endenbereichs des Schweißdrahtes, die Lage
des Endenbereichs des Schweißdrahtes und/oder die Geometrie
des aus dem Führungsrohr heraustretenden Endenbereichs
des Schweißdrahtes festgestellt, bestimmt und/oder kontrolliert
werden. Damit können optimale Bedingungen für
den Arbeitsprozess erreicht werden.
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Die
abbildende Optik und die Antriebe des Fördersystems sind
nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 mit einer Steuerung
zusammengeschaltet, so dass die einzelnen Bewegungen entsprechend
der Form, Lage und/oder Geometrie des Schweißdrahtes steuerbar
und dadurch optimale Schweißnähte erzielbar sind.
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Die
Steuerung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 ein
Datenver arbeitungssystem, wobei im Datenverarbeitungssystem ein
Modul zur Bildverarbeitung des Bildes der abbildenden Optik realisiert
ist. Damit werden vorteilhafterweise
- – die
Form und/oder die Lage des aus dem Führungsrohr heraustretenden
Endenbereichs des Schweißdrahtes erfasst,
- – mit bestimmten Formen im Datenverarbeitungssystem
verglichen,
- – einer Form zugeordnet und
- – daraus die Antriebe der Transportvorrichtung und
des Positioniersystems automatisch gesteuert.
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Die
Steuerung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 ein
Datenverarbeitungssystem, wobei im Datenverarbeitungssystem ein
Modul zur Bildverarbeitung des Bildes der abbildenden Optik realisiert
ist. Damit werden vorteilhafterweise
- – die
Positionen der Bearbeitungsstelle und wenigstens des Endenbereichs
des Führungsrohres mit der Austrittsöffnung des
Schweißdrahtes einschließlich dessen Endenbereich
erfasst,
- – wenigstens die Positionen zueinander bestimmt und
- – daraus die Antriebe der Transportvorrichtung und
des Positioniersystems automatisch gesteuert.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 14 ist eine Lichtquelle so
angeordnet, dass die Lichtstrahlen wenigstens auf den aus dem Führungsrohr
tretenden Endenbereich des Schweißdrahtes fallen. Weiterhin
ist die abbildende Optik so angeordnet, dass der Schatten des aus
dem Führungsrohr austretenden Endenbereichs des Schweißdrahtes
und/oder des Endenbereichs des Führungsrohres auf dem Werkstück
erfasst und daraus im Datenverarbeitungssystem die Höhe
des Schweißdrahtes oder des Führungsrohres in
Bezug auf die Oberfläche des Werkstücks ermittelt
wird.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 15 sind eine Lichtquelle und
die abbildende Optik angeordnet.
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Zum
Einen fallen damit die Lichtstrahlen wenigstens auf den aus dem
Führungsrohr tretenden Endenbereich des Schweißdrahtes
und werfen einen Schatten auf die Oberfläche des Werkstücks.
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Zum
Anderen werden mittels der abbildenden Optik die Bearbeitungsstelle,
der Endenbereich des Führungsrohres mit der Austrittsöffnung
des Schweißdrahtes einschließlich dessen Endenbereich sowie
der Schatten des aus dem Führungsrohr austretenden Endenbereichs
des Schweißdrahtes und/oder des Endenbereichs des Führungsrohres auf
dem Werkstück erfasst. Daraus wird im Datenverarbeitungssystem
die Höhe des Schweißdrahtes oder des Führungsrohres
in Bezug auf die Oberfläche des Werkstücks ermittelt.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Einrichtung zur Zuführung von Schweißdraht an
die Bearbeitungsstelle beim Laserschweißen an einer den
Laserstrahl auskoppelnden Einrichtung,
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2 ein
Fördersystem mit einem Führungsrohr und einer
Transportvorrichtung für den Schweißdraht an einem
Verstellmechanismus und
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3 eine
Einrichtung zur Zuführung von Schweißdraht an
die Bearbeitungsstelle beim Laserschweißen an einer den
Laserstrahl auskoppelnden Einrichtung mit einem Datenverarbeitungssystem.
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Eine
Einrichtung zur Zuführung von Schweißdraht 2 an
die Bearbeitungsstelle beim Laserschweißen besteht im Wesentlichen
aus einem Fördersystem 1 mit einer Transportvorrichtung 8 und einem
nachgeordneten Führungsrohr 3 für den Schweißdraht 2.
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Die 1 zeigt
eine Einrichtung zur Zuführung von Schweißdraht 2 an
die Bearbeitungsstelle beim Laserschweißen an einer den
Laserstrahl 4 auskoppelnden Einrichtung 5 in einer
prinzipiellen Darstellung.
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Das
Führungsrohr 3 besitzt eine Bogenform, wobei ein
erster Teil 3a des Führungsrohres 3 überwiegend
parallel zum Laserstrahl 4 und ein zweiter Teil 3b winklig
zum ersten Teil 3a angeordnet sind, so dass die Drahtaustrittsöffnung
in Richtung des Laserstrahles 4 und/oder der Bearbeitungsstelle
des Werkstücks 6 weist.
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Das
Fördersystem 1 bestehend aus dem Führungsrohr 3 und
der Transportvorrichtung 8 ist mit wenigstens einem Verstellmechanismus
so versehen, dass das Ende des Führungsrohres 3 mit
der Drahtaustrittsöffnung gegenüber dem Laserstrahl 4 bewegbar
ist.
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In
einer ersten Ausführungsform des Verstellmechanismus ist
das Fördersystem 1 über wenigstens ein
Drehgelenk in mindestens einer Ebene schwenkbar und mit wenigstens
einem Antrieb gekoppelt.
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In
einer zweiten Ausführungsform des Verstellmechanismus ist
das Fördersystem 1 über wenigstens ein
Drehgelenk in mindestens einer Ebene schwenkbar. Weiterhin ist das
Drehgelenk geführt parallel zum Laserstrahl 4 verfahrbar,
so dass die Höhe gegenüber der Oberfläche
des Werkstücks veränderbar ist. Dazu sind vorzugsweise
Antriebe so gekoppelt, dass die Bewegungen handbetätigt
oder motorisch erfolgen. Im letzteren Fall sind die Antriebe vorteilhafterweise
mit einer Steuerung verbunden. In einer dritten Ausführungsform
des Verstellmechanismus ist das Fördersystem 1 an
einem x-y-z-Positioniersystem 7 angeordnet, wobei durch
die x-Achse das Führungsrohr 3 zum Laserstrahl 4 und
durch die y-Achse der erste Teil 3a des Führungsrohrs 3 parallel
zum Laserstrahl 4 sowie durch die z-Achse das Führungsrohr 3 in
seiner Höhe gegenüber der Bearbeitungsstelle des
Werkstücks 6 verfahrbar ist. Jeweils ein in der
x-Achse, ein in der y-Achse und ein in der z-Achse arbeitender handbetätigbarer
oder motorischer Antrieb ist an das x-y-z-Positioniersystem 7 gekoppelt.
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Die 2 zeigt
ein Fördersystem 1 mit einem Führungsrohr 3 und
einer Transportvorrichtung 8 an einem Verstellmechanismus
in einer prinzipiellen Darstellung.
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In
der 2 ist der komplette Verstellmechanismus als x-y-z-Positioniersystem 7 gezeigt.
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Der
Antriebsmechanismus der Transportvorrichtung 8 für
den Schweißdraht 2 und die Antriebe des x-y-z-Positioniersystems 7 für
das Fördersystem 1 sind mit einer Steuerung zusammengeschaltet.
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Eine
Transportvorrichtung 8 für den Schweißdraht 2 ist
bekannt. Dazu wird der Schweißdraht 2 im einfachsten
Fall zwischen zwei Rollen geführt, wobei wenigstens eine
der Rollen angetrieben ist.
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Vor
der Transportvorrichtung 8 befindet sich das Drahtmagazin.
Das ist beispielsweise eine Schweißdrahtrolle, die auch
an oder in der Einrichtung zur Zuführung von Schweißdraht 2 drehbar
befestigt sein kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform des Ausführungsbeispiels
ist wenigstens eine abbildende Optik ein Bestandteil der den Laserstrahl 4 auskoppelnden
Einrichtung 5 und/oder der Einrichtung zur Zuführung
von Schweißdraht 2. Das ist beispielsweise ein
CCD(charge-coupled device)-Sensor 9 auf dem die von der
Bearbeitungsstelle des Werkstücks 6 und wenigstens
dem Endenbereich des Führungsrohres 3 mit der
Austrittsöffnung des Schweißdrahtes 2 einschließlich
dessen Endenbereich reflektierte Licht fällt und in intensitätsabhängige
elektrische Impulse gewandelt werden. Der CCD-Sensor 9 ist
mit einem Datenverarbeitungssystem 10 als Steuerung zusammengeschaltet.
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Die 3 zeigt
eine Einrichtung zur Zuführung von Schweißdraht 2 an
die Bearbeitungsstelle beim Laserschweißen an einer den
Laserstrahl 4 auskoppelnden Einrichtung 5 mit
einem Datenverarbeitungssystem 10 in einer prinzipiellen
Darstellung.
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Im
Datenverarbeitungssystem 10 ist ein Modul zur Bildverarbeitung
des Bildes der abbildenden Optik realisiert.
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Dadurch
werden in einer Ausführungsform des Datenverarbeitungssystems 10 die
Form und/oder die Lage des aus dem Führungsrohr heraustretenden
Endenbereichs des Schweißdrahtes erfasst, mit bestimmten
Formen im Datenverarbeitungssystem verglichen, einer Form zugeordnet
und daraus die Antriebe der Transportvorrichtung 8 und des
Positioniersystems 7 automatisch gesteuert.
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In
einer weiteren Ausführungsform des Datenverarbeitungssystems 10 werden
die Positionen der Bearbeitungsstelle und wenigstens des Endenbereichs
des Führungsrohres 3 mit der Austrittsöffnung
des Schweißdrahtes 2 einschließlich dessen Endenbereich,
der Endenbereich des Schweißdrahtes 2 oder die
Austrittsöffnung des Schweißdrahtes 2 erfasst,
wenigstens die Positionen zueinander bestimmt und daraus die Antriebe
der Transportvorrichtung 8 und des Positioniersystems 7 automatisch
gesteuert.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind eine Lichtquelle und
die abbildende Optik so angeordnet, dass die Lichtstrahlen wenigstens
auf den aus dem Führungsrohr 3 tretenden Endenbereich
des Schweißdrahtes 2 fallen. Mittels der abbildenden
Optik werden die Bearbeitungsstelle, der Endenbereich des Führungsrohres 3 mit
der Austrittsöffnung des Schweißdrahtes 2 einschließlich
dessen Endenbereich sowie der Schatten des aus dem Führungsrohr 3 austretenden
Endenbereichs des Schweißdrahtes 2 und/oder des
Endenbereichs des Führungsrohres 3 auf dem Werkstück
erfasst. Daraus wird im Datenverarbeitungssystem 10 die
Höhe des Schweißdrahtes 2 oder des Führungsrohres 3 in
Bezug auf die Oberfläche des Werkstücks 6 ermittelt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4320405
C2 [0003]
- - DE 19732379 C2 [0004]