DE2219317B2

DE2219317B2 - Einrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit einem Laserstrahl

Info

Publication number: DE2219317B2
Application number: DE2219317A
Authority: DE
Inventors: Bernd 6230 Frankfurt Friedrich
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1972-04-20
Filing date: 1972-04-20
Publication date: 1975-06-12
Also published as: DE2219317A1; FR2180742B1; GB1394493A; JPS4917589A; FR2180742A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit einem Laserstrahl, mit einer Vorrichtung zum Bewegen des Laserstrahles entlang ♦iner vorgegebenen Bahn sowie mit einer der Bewe-Jungsvorrichtung zugeordneten Vorrichtung zur Veränderung des Laserstrahlvorschubes in Abhängigkeit Vom Verlauf der vorgegebenen Bahn.

Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf tinen Stand der Technik Bezug, wie er beispielsweise durch Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Brenn-Schneidmaschinen mit einem Laser als Werkzeug bekannt geworden ist.

Bei derartigen Maschinen wird der Laser und damit der vom Laser erzeugte elektromagnetische Energiestrahl über ein Werkstück geführt, um beispielsweise einen Trennschnitl im Werkstück herzustellen. Die Energie des Laserstrahles wird beim Schneidvorgang in Abhängigkeit von dem Material des Werkstückes, der 'Werkstückdicke sowie der maximal während des Schneidvorganges auftretenden Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück gewählt. Die für jede Schneidaufgabe erforderliche Energie wird vor Beginn der Bearbeitung — beispielsweise durch Einstellung der dem Laser zugeführten elektrischen Energie — eingestellt und bleibt während des gesamten Schneidvorganges konstant.

Die Bewegung des Laserstrahles über das Werkstück entlang einer vorbestimmten Bahn wird von einer Vorrichtung, beispielsweise einer fotoelektrischen Kopiersteuerungsvorrichtung gesteuert. Dabei hat es sich im Hinblick auf die Genauigkeit der Steuerung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Kopiersteuerungsvorrichtung eine Einrichtung zugeordnet ist, durch welche die Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahles, kurz vor Erreichen eines zu schneidenden Radius vermindert und nach dem Schneiden des Radius wieder auf den vorangestellten Weil erhöht wird (DT-AS 1 5 63 556).

Es hat sich in der Praxis geneigt, dall durch diese Veränderung der Vorschubgeschwindigk.-it wohl· die Steuerungsgenauigkeit nahezu optimal wird, jedoch die Schnittqualität an den Radien nicht immer die erforderliche Güte aufweist; beispielsweise war die Oberflächenbeschaffenheit (Schnittriefentiefen usw.) im Radienbereich schlechter als die Schnitte, die keine Krümmungen (Geradeausschnitte) aufweisen. Die Schnittqualitätsverschlechterung ist wohl dadurch zu erklären, daß die vom Laserstrahl konstant abgegebene Energie,

die auf die maximal Vorschubgeschwindigkeit (Geradeausschnitt) eingestellt ist, bei Verminderung der Vorschubgeschwindigkeit zu lange auf das Werkstück einwirkt. ^

Bisher wurden deshalb die Geradeausschnitte nicht mit einer von der Maschine und Steuerung möglichen maximalen Vorschubgeschwindigkeit und einer entsprechend hohen Laserleistung durchgeführt, sondern mit einer Leistung und einem Vorschub, bei denen sichergestellt ist, daß auch eine Verminderung des Vor-

Schubes und der damit verbundenen längeren Einwirkung des Laserstrahles auf das Werkstück nicht zu einer Beeinflussung der Schniiiqualität führt. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Leistung von Maschine und Steuerung sowie des Lasers nicht optimal genützt werden kennte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. diesen Nachteil zu vermeiden und insbesondere eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels derbes möglich wird, auch bei Verminderung des Vor-Schubes von einem maximal möglichen Wert aus, Radienbereiche mit der erforderlichen Schnittqualitat mit einem Laserstrahl zu schneiden.

Die Erfindung besteht darin, daß die Vorrichtung zur Veränderung des Vorschubes mit einem den Laserstrahl erzeugenden Laser in Verbindung steht, derart, daß bei Veränderung des Laserstrahlvorschubes entsprechend auch die vom Laser abgegebene elektromagnetische Energie veränderbar ist.

Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß die vom Laser abgegebene Energie jeweils der vorhandenen Vorschubgeschwindigkeit angtpdßi lsi. Tcrner wird es vorteilhaft möglich, einerseits die mit der Maschine, der Steuerung sowie dem Laser erreichbaren optimalen Werte (Vorschubgeschwindigkeit und Laserleistung) bei einem Geradeausschnitt voll auszunutzen und andererseits durch die Anpassung der Laserleistung an die Vorschubgeschwindigkeit auch beim Schneiden von Krümmungen und Radien die erforderlichen Schnittqualitäten zu erreichen.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung anwendbar, in Verbindung mit einer Einrichtung gemäß der DT-AS 15 63 556. Diese Einrichtung weist mindestens eine Fotozelle zum Abtasten der nachzufahrenden Linie, Kante od. dgl. auf, wobei die Intensität des von der Fotozel-Ie abgegebenen Ausgangssignals ein Maß für die Vorschubgeschwindigkeit ist. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird hierzu vorgeschlagen, daß das Aiisgangssignal zur Änderung der elektromagnetischen Energie des Laserstrahles benutzt wird. Dadurch wird es in einfachster Art und Weise möglich, Vorschubgeschwindigkeit und Laserstrahl gleichzeitig zu verändern und entsprechend zueinander anzupassen. Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen un'.cr Hinweis auf weitere be-

(15 sonders vorteilhafte Merkmale der Erfindung sowie unler bezugnahme auf die Zeichnungen naher erläutert. Ls zeigt

I" i g. 1 eine Bremisch.-ioi<!m:i<.rhine mi! einem eine

Energie abgebenden Werkzeug,

Fig.2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für einen Laser.

Die in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Brennsehneidmaschine weist einen Längswagen 11 mit einem Auslegeann Ii auf. Der Längswagen 11 ist auf zwei Längsbahnen 12,13 verfahrbar (Motor 14) angeordnet.

Zwischen den IJngsbahnen 12, 13 liegt auf einem Tisch 15 das zu scnneidende blech 16 und auf einem unterhalb des Auslegearms 11 angeordneten verfahrbaren Schablonentisch 17 die abzutastende Zeichnungsvorlage. An dem Längswagen 11 ist ein Querwagen 18 vorgesehen, der einen Antrieb 19 aufweist für die Querbewegüng des Wagens 18 mit einer elektrischen Kopiersieuerungsvorrichtung 20 sowie der am Längswagen 11 verschiebbar befestigten Brennerwagen 21 bis 24. Die Brennerwagen 21 bis 24 sind über eine Schubstange 25 mit dem Querwagen 18 und somit mit der elektrischen Kopiersteuerungsvorrichtung 20 mechanisch fest verbunden. An den Brennerwagen 21 bis 24 können Laser befestigt werden. Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung für einen Laser ist in F i g. 2 veranschaulicht.

Ein fotoelektrischer Abtastkopf 26, welcher in der Kopiersteuerungsvorrichtung 20 vorgesehen ist, erzeugt Steuersignale, welche die Relativstellung des Abtastkopfes 26 gegenüber einer abzutastenden Linie kennzeichnen und die über die Leitungen 27 einer Verstärkerstufe 28 zugeführt werden. Der Aufbau des Abtastkopfes 26 ist nicht näher dargestellt, da er für die Erfindung unwesentlich ist. Er ist in bekannter Weise mit einem Nachdrehmotor 29 gekoppelt, der den Abtastkopf 26 und das mit ihm verbundene Werkzeug entsprechend den gelieferten Steuersignalen, die dem Motor 29 vom Verstärker 28 über eine Leitung 30 zugeführt werden, jeweils in die sich ändernde Richtung der Tangente an den abzutastenden Linienzug dreht. Der Nachdrehmotor 29 ist außerdem mit einem Drehmelder (Resolver) verbunden, der eine Zerlegung der Verstellbewegung des Motors 29 in eine x- und eine y-Komponente bewirkt; durch die Ausgangssignale des Komponentenzerlegers 31 werden die beiden Koordinatenstellmotoren (Motor 14 und 19) gesteuert.

Die Steuerungsvorrichtung ist außerdem mit einer Korrektureinrichtung 32 versehen, die eine Lichtquelle

33 in Form einer Glühlampe aufweist, der das verstärkte Steuersignal vom Verstärker 28 über die Leitungen

34 zugeführt wird, wodurch eine von der Größe des Steuersignals abhängige Lichtstärkeschwankung verursacht wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Glühlampe ausschließlich mit den Steuersignalen gespeist. Vorzugsweise wird jedoch die Lichtquelle 33 an eine bestimmte Vorspannung gelegt, der die über die Leitung 34 ankommende Steuersignabpannung tiberlagert wird. Die wechselnde Lichtstärke der Glühlampe verursacht in einem in ihrem Strahlungsbereich liegenden Fotowiderstand 35 eine Veränderung seines Innenwiderstandes. Der Fotowiderstand 35 ist parallel Iu der Läuferspule 36 des Komponentenzerlegers 31. die mit den beiden senkrecht zueinander angeordneten A- und y-Statorspulen 37 und 38 des Komponentenzerlegers 31 induktiv zusammenwirkt, an einen die Vorschubgeschwindigkeit der mit den Statorwicklungen 37 und 38 des Komponentenzerlegers 31 verbundenen v- und ^-Stellmotoren (14 und 19) bestimmenden Sollspannungsgeber 39 gelegt. Im Sollspannungsgeber 39 j läßt sich — beispielsweise mittels eines Potentiometers 40 — eine maximale Sollspannung einstellen. Durch die Veränderung des Fotowiderstandes 35 in Abhängigkeit von der Helligkeit der Glühlampe wird der Stromfluß durch die Rohrwicklung 36 des Komponentenzerlegers 31 und damit die Drehzahl der x- und y-Koordinatenstellmotoren geändert, welche die Nachstellung des Abtastkopfes 26 bewirken. Damit wird die Geschwindigkeit der Versteübev.egurig in Abhängigkeil von der Krümmung des Linienzuges geändert.

Gemäß der Erfindung steht die Korrektureinrichtung 32 zur Veränderung des Vorschubes mit einem einen Laserstrahl erzeugenden Laser 41, in Verbindung und zwar derart, daß bei Veränderung des Laserstrahl-Vorschubes entsprechend auch die vom Laser 41 abgegebene elektromagnetische Energie veränderbar ist. Hierzu werden in vorteilhafter Weise die vom Fotowiderstand 35 angegebenen Ausgangssigna)e über die Leitungen 42 einer Schalteinrichtung 43 zugeführt.
Diese Schalteinrichtung 43 ist der elektrischen Versorgungseinrichtung 44 für den Laser 41 zugeordnet. Die Schalteinrichtung 43 weist einen Widerstand 45 auf, der im Stromkreis 46 der Versorgungseinrichtung 44 angeordnet ist und von einem, einen in Ruhestellung geschlossenen Kontakt 47 aufweisenden Nebenzweig 48 überbrückt wird. Der Kontakt 47 ist mit einem Relais 49 verbunden, welches über die Leitungen 42 und den Widerstand 42' gespeist wird.

Bei einer Verminderung der Vorschubgeschwindigkeit wird bei einem vorbestimmten Spannungswert (einstellbar am Widerstand 42') das Relais 48 erregt und der Kontakt 47 geöffnet, so daß nunmehr durch den Widerstand 45 dem Laser 41 weniger Energie zugeführt wird und dadurch die vom Laser 41 abgegebene Energie vermindert wird. — Wird beispielsweise nach dem Schneiden eines Radius die Vorschubgeschwindigkeit wieder erhöht, fällt das Relais 48 wieder ab. Kontakt 47 wird geschlossen und dem Laser 41 mehr Energie zugeführt.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist cmc Relaisanordnung zur stufenweisen Änderung der Energie des Laserstrahles vorgesehen. Darüber hinaus ist es selbstverständlich auch möglich und im Hinblick auf eine kontinuierliche Veränderung der Lascrstrahlleistiing besonders vorteilhaft, an Stelle der Relaisanordnung eine elektronische Schalteinrichtung mit Halbleiterbauelementen, beispielsweise eine Phasenanschnittsteuerung vorzusehen, die wie die Relaisanordnung von einer gemäß F i g. 2 veranschaulichten Korrektureinrichtung angesteuert wird.

An Stelle von der auf photoelektrischer Basis arbeitenden Kopier- und Korrektureinrichtung kann selbstverständlich auch eine numerische Steuerung verwendet werden, die ebenfalls ein Signal zur Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit abgibt, wobei dann diescs Signal gemäß der Erfindung zusätzlich vorteilhaft zur Veränderung der Laserenergie benutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit einem Laserstrahl, mit einer Vorrichtung zum Bewegen des Laserstrahles entlang einer vorgegebenen Bahn sowie mit einerder Bewegungsvorrichtung zugeordrreten Vorrichtung zur Veränderung des Laserstrahlvorschubes in Abhängigkeit vom Verlauf der vorgegebenen Bahn, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (32) zur Veränderung des Vorschubes mit einem den Laserstrahl erzeugenden Laser (41) in Verbindung steht, derart, daß bei Veränderung des Laserstrahlvorschubes entsprechend auch die vom Laser (41) abgegebene elektromagnetische Energie veränderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit mindestens einer Photozelle zum Abtasten der nachzufahrenden Linie, Kante od. dgl., wobei die Intensität des von der Photozelle abgegebenen Ausgangssignals ein Maß für die Vorschubgeschwindigkeil ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal zur Änderung der elektromagnetischen Energie des Laserstrahles benutzt wird.