DE4228740A1

DE4228740A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE4228740A1
Application number: DE4228740A
Authority: DE
Inventors: Susumu Ito; Hikoharu Aoki; Yuji Miwa; Akihiko Oshima
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2012-08-29
Also published as: US5285045A; JPH05115993A; DE4228740C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserbearbei tungsvorrichtung.

Es sind Laserbearbeitungsvorrichtungen bekannt, die eine thermische Bearbeitung - etwa Schneiden, Schweißen und Erhit zen - durch Einstrahlen eines Laserstrahles auf die Oberfläche eines Werkstückes ausführen. Im Sinne eines Beispiels wird hier auf die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung Bezug genommen.

Der Umlenkspiegel 53 dient dazu, die Ausbreitungsrichtung eines von einem Laserstrahlerzeuger 51 ausgesandten Laserstrahls 52 zu verändern. Der durch den Umlenkspiegel 53 reflektierte Laserstrahl gelangt in einen Bearbeitungskopf 54. Ein Werkstück 55 ist unmittelbar unterhalb des Bearbeitungskopfes 54 und an einer Bewegungsvorrichtung 56 befestigt angeordnet. Die Bewe gungsvorrichtung 56 wird bewegt, während der Laserstrahl 52 auf das Werkstück 55 einstrahlt, wodurch sich ein auf dem Werkstück 55 gebildeter Punkt des Laserstrahles 52 relativ zum Werkstück bewegt. Auf diese Weise wird das Werkstück 55 unter Verwendung des Laserstrahles 52 einer vorbestimmten thermischen Bearbei tung unterzogen.

Als ein Beispiel für eine solche thermische Bearbeitung wird nachfolgend eine Schneidarbeit erklärt. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Kondensorlinse 57 feststehend im Inneren des Bearbei tungskopfes 58 angeordnet. Der Laserstrahl 52, der auf den Be arbeitungskopf 58 auftrifft, geht durch die Kondensorlinse 57 hindurch, während er durch diese Linse fokussiert wird. Damit wird das Werkstück 55 an der Stelle des Brennpunktes 59 des Laserstrahles 52 aufgeschmolzen. Im Ergebnis dessen wird der Teil des Werkstückes 55, der durch den Laserstrahl 52 ge schmolzen wird, als geschmolzenes Metall 60 durch einen starken Strahl eines Bearbeitungsgases 61, das ein aktives Gas, - z. B. Sauerstoffgas - ist, hinweggeblasen, womit ein Schnitt 62 im Werkstück 55 gebildet wird.

Bei einer Schweißarbeit muß der Laserstrahl eine höhere Aus gangsleistung haben als der bei einer Schneidarbeit verwendete Laserstrahl. Deshalb wird üblicherweise ein parabolischer Spiegel, der unter den Bedingungen eines starken Lichteinfalls oder einer großen Wärmeentwicklung gegenüber der Kondensorlinse eine höhere Standfestigkeit hat, verwendet. Wie in Fig. 8 gezeigt, sind ein ebener Umlenkspiegel 63 und ein Parabol spiegel 64, der gegenüber dem ebenen Umlenkspiegel 63 angeordnet ist, fest im Inneren des Bearbeitungskopfes 65 ange ordnet. Der Laserstrahl 52, der auf den Bearbeitungskopf 65 auftrifft, wird vom ebenen Umlenkspiegel 63 reflektiert und trifft auf den Parabolspiegel 64 auf. Nachdem durch den Parabolspiegel 64 die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 52 verändert wurde, ist der Laserstrahl 52 fokussiert, und der fokussierte Laserstrahl 52 wird auf das Werkstück 55 einge strahlt. Dadurch wird das Werkstück 55 an der Stelle des Brenn punktes 66 des Laserstrahles 56 aufgeschmolzen. Zur gleichen Zeit wird das Bearbeitungsgas 68, das ein Inertgas - z. B. Argongas - ist, unter geringem Druck dem Werkstück 55 zuge führt. Im Ergebnis dessen wird der durch den Laserstrahl 52 in ein geschmolzenes Metall 67 aufgeschmolzene Abschnitt des Werk stückes 55 mit einem schwachen Strom des Bearbeitungsgases 68 bedeckt und erstarrt wieder, während seine Oxidation verhindert wird.

Bei einer Erhitzungsarbeit - etwa dem Härten - ist es anderer seits erforderlich, daß die Energie eines Laserstrahles gleich förmig verteilt wird. Deshalb ist, wie in Fig. 9 gezeigt, ein Kaleidoskop 70 fest im Inneren des Bearbeitungskopfes 51 ange ordnet. Der Laserstrahl 52, der auf dem Bearbeitungskopf 71 auftrifft, geht durch die Kondensorlinse 72 hindurch, während er durch diese Linse fokussiert wird. Der konvergierende Laserstrahl 52 trifft auf das Kaleidoskop 70 auf. Der Laser strahl 52 wird im Kaleidoskop 70 mehrfachen Reflexionen ausgesetzt, so daß die Energieverteilung des Laserstrahles 52 gleichförmig wird. Der Laserstrahl 52 wird nach Durchgang durch die Kondensorlinse 73 auf das Werkstück 55 eingestrahlt. Ein Laserstrahl-Absorptionsmittel 74 des Graphit-Typs ist auf die Oberfläche des Werkstückes 55 aufgebracht, um den Laserstrahl 52 wirksam zu absorbieren. Nachdem das Werkstück 55 durch den eingestrahlten Laserstrahl 52 schnell aufgeheizt wurde, um eine Härtungstemperatur zu erreichen, wird das Werkstück 55 infolge seiner eigenen Wärmeleitung schnell abgekühlt. Im Ergebnis dessen bildet der Laserstrahl 52 einen gehärteten Abschnitt 75 im Werkstück 55.

Es ist somit wünschenswert, den Bearbeitungskopf mit optischen Elementen, etwa einer Kondensorlinse, einem Parabolspiegel oder einem Kaleidoskop, entsprechend der Art der auszuführenden thermischen Bearbeitung zu verwenden. Wenn die Laserbearbei tungsvorrichtung eine Art einer thermischen Behandlung ausführt, ist es wünschenswert, den Bearbeitungskopf so aus zuwählen, daß er die für die gewünschten Bearbeitungsbedingun gen geeignetsten optischen Elemente enthält.

Bei herkömmlichen Laserbearbeitungsvorrichtungen ist der Bearbeitungskopf jedoch halbfest oder abnehmbar befestigt. Es ist daher im Falle einer Ausführung unterschiedlicher Arten thermischer Behandlung bei einer solchen herkömmlichen Laser bearbeitungsvorrichtung erforderlich, die Bearbeitungsköpfe entsprechend der Art der auszuführenden thermischen Behandlung in geeigneter Weise gegeneinander auszutauschen. Bei der herkömmlichen Laserbearbeitungsvorrichtung wird dieser Vorgang des Auswechselns der Köpfe von Hand ausgeführt, was zu dem Problem einer verringerten Produktionseffizienz führt.

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die zur Lösung dieses Problems in der Lage ist, ist in Fig. 10 gezeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung weist ein Gestell 102 und weiter einen Bearbeitungskopf für Schweißarbeiten 106, einen Bearbei tungskopf für Schneidarbeiten 105 und einen Bearbeitungskopf für Härtungsarbeiten 107 auf, die über einen Halter 119 fest am Gestell 102 angebracht sind. Darüber hinaus enthält die Laser bearbeitungsvorrichtung einen ebenen Umlenkspiegel 104, der verschoben werden kann, um einen vom Laserstrahlerzeuger 101 ausgesandten Laserstrahl in einen der Bearbeitungsköpfe 106, 105 und 107 einzuleiten. Das heißt, bei dieser Laserbearbei tungsvorrichtung kann der geeignetste Bearbeitungskopf aus den drei Bearbeitungsköpfen 106, 105, 107 durch Verschieben des Umlenkspiegels 104 ausgewählt werden. Eine gewünschte thermi sche Bearbeitung kann durch Bewegen eines Werkstückes 126 aus geführt werden. Das Werkstück 126 wird durch eine Bewegungsvor richtung 127 mit einer Vorschubeinrichtung 130 für eine erste Richtung und einer Vorschubeinrichtung 140 für eine zweite Richtung bewegt. Daher gibt es keine Notwendigkeit, die Bearbeitungsköpfe entsprechend der Art der auszuführenden thermischen Bearbeitung gegeneinander auszutauschen.

Bei der erwähnten Laserbearbeitungsvorrichtung sind jedoch die drei Bearbeitungsköpfe 106, 105 und 107 fest am Gestell 102 angeordnet. Es ist daher nötig, eine große Fläche vorzusehen, in der die Bewegungsvorrichtung 127 das Werkstück bewegen kann, da die Bewegungsvorrichtung 127 sich entsprechend jedem der Bearbeitungsköpfe 106, 105 und 107 zu drei Positionen und weiterhin innerhalb eines Bearbeitungsbereichs zum Bearbeiten des Werkstückes 126 durch Bearbeitungskopf bewegen muß. Bei spielsweise muß - wie auf der linken Seite von Fig. 10 gezeigt - sich die Bewegungsvorrichtung 127 in eine Position bewegen, die durch die gepunktete Linie gezeigt ist. Damit gibt es das Problem, daß die Laserbearbeitungsvorrichtung größer wird.

Die vorliegende Erfindung löst das erwähnte Problem. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvor richtung mit geringen Abmessungen, hoher Produktionseffizienz und der Möglichkeit des leichten und automatischen Austauschens der Bearbeitungsköpfe gegeneinander entsprechend der Art der auszuführenden thermischen Bearbeitung anzugeben.

Entsprechend der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe eine Laserbearbeitungsvorrichtung angegeben, die eine Laserstrahl erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahles, eine Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen, die voneinander unterschiedliche Arten optischer Elemente aufweisen, eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen der Mehrzahl von Be arbeitungsköpfen, eine Haltevorrichtung zum bewegbaren Halten der Befestigungsvorrichtung, eine Antriebsvorrichtung zum Be wegen der Befestigungsvorrichtung und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Antriebsvorrichtung zur Positionierung eines der Mehrzahl der Bearbeitungsköpfe in einer Bearbeitungsposi tion, in der der durch die Laserstrahlerzeugungsvorrichtung erzeugte Laserstrahl zu einem der Mehrzahl der Bearbeitungs köpfe gelenkt wird, aufweist.

Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung entsprechend der Erfindung mit dem genannten Aufbau ist die Mehrzahl der Bearbeitungs köpfe durch die Befestigungsvorrichtung befestigt, und die Be festigungsvorrichtung ist bewegbar durch die Haltevorrichtung gehalten. Die Steuereinrichtung positioniert einen der Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen durch Steuerung der Antriebseinrichtung in der Bearbeitungsposition. Nach einer solchen Positionierung erzeugt die Laserstrahlerzeugungsvorrichtung den Laserstrahl, und der ausgewählte Bearbeitungskopf führt einen gewünschten thermischen Bearbeitungsschritt aus.

Entsprechend der Erfindung kann die Laserbearbeitungsvorrich tung, da sie zur Ausführung einer thermischen Bearbeitung - etwa eines Schneidens, Schweißens und Aufheizens - mit einem optimalen Bearbeitungskopf in der Lage ist, ein Werkstück hoher Qualität erzeugen. Darüber hinaus ist mit der Laserbearbei tungsvorrichtung entsprechend der Erfindung die Produktions effizienz zu erhöhen, da es keine Notwendigkeit gibt, einen Vorgang des Auswechselns der Bearbeitungsköpfe von Hand aus zuführen. Weiterhin wird mit der Erfindung eine kompakte Laser bearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, da die Laserbearbei tungsvorrichtung Bearbeitungsköpfe hat, die bewegbar durch die Haltevorrichtung gehalten sind.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von Ausführungsformen anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Laserbearbei tungsvorrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Bearbeitungs kopfes und dessen Umgebung,

Fig. 3 eine Darstellung eines Schneidvorganges unter Ver wendung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach dieser Ausführungsform,

Fig. 4 eine Darstellung eines Schweißvorganges unter Nut zung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach dieser Ausführungsform;

Fig. 5 eine Darstellung eines Härtungsvorganges unter Ver wendung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach die ser Ausführungsform,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Laserbearbeitungsvorrichtung,

Fig. 7 eine Darstellung eines Schneidvorganges unter Ver wendung der herkömmlichen Laserbearbeitungs vorrichtung,

Fig. 8 eine Darstellung eines Schweißvorganges unter Ver wendung der herkömmlichen Laserbearbeitungsvor richtung,

Fig. 9 eine Darstellung eines Härtungsvorganges unter Ver wendung der herkömmlichen Laserbearbeitungsvor richtung,

Fig. 10 einen anderen Typ einer Laserbearbeitungsvorrich tung mit feststehenden Bearbeitungsköpfen und

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Einsatz einer Hydraulikvorrichtung als Antrieb.

Zuerst wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 der Aufbau einer eine Ausführungsform der Erfindung darstellenden Laserbearbeitungsvorrichtung beschrieben.

Ein Laserstrahlerzeuger 1, indem vorzugsweise ein CO₂-Laser eingesetzt ist, ist in einem beispielsweise aus Stahl hergestelltes Gestell 2 eingesetzt und sendet einen Laserstrahl 3 mit einer Wellenlänge von z. B. 10,6 µm (Mikrometer) aus. Der ebene Umlenkspiegel 4 ist fest im optischen Weg des vom Laserstrahlerzeuger ausgesandten Laserstrahls 3 angeordnet und verändert die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahles. Der La serstrahl 3 trifft auf einen der Bearbeitungsköpfe 8, das heißt einen Bearbeitungskopf für Schneidarbeiten 5, einen Bearbei tungskopf für Schweißarbeiten 6 und einen Bearbeitungskopf für Härtungsarbeiten 7, der in einer Bearbeitungsposition ange ordnet ist.

Wie Fig. 2 zeigt, weist der Bearbeitungskopf für Schneid arbeiten 5 eine Kondensorlinse 9 und eine Bearbeitungsdüse 11 mit einem Bearbeitungsgas-Zufuhrstutzen 10 auf. Die Bearbei tungsdüse 11 ist direkt unterhalb des Bearbeitungskopfes für Schneidarbeiten 5 angeordnet.

Der Bearbeitungskopf für Schweißarbeiten 6 weist einen ebenen Umlenkspiegel 12, einen Parabolspiegel 13 und eine Bearbei tungsdüse 15 mit einem Bearbeitungsgas-Zufuhrstutzen 14 auf. Der Parabolspiegel 13 ist gegenüber dem ebenen Umlenkspiegel 12 angeordnet. Der Bearbeitungsgas-Zufuhrstutzen 14 ist direkt unterhalb des Parabolspiegels 13 angeordnet.

Der Bearbeitungskopf für Härtungsarbeiten 7 weist eine Kondensorlinse 6, auf die der Laserstrahl 3 auftrifft, ein Kaleidoskop 17 und eine Kondensorlinse 18, aus der der Laser strahl 3 austritt, auf.

Der Bearbeitungskopf für Schneidarbeiten 5, der Bearbeitungs kopf für Schweißarbeiten 6 und der Bearbeitungskopf für Här tungsarbeiten 7 sind jeweils fest an einem Bearbeitungskopf halter 19 angebracht. Der Bearbeitungskopfhalter 19 ist über eine geradlinige Führung 20 gleitbar unter dem Gestell 2 an geordnet.

Der Bearbeitungskopfhalter 19 ist zu einer Bewegung relativ zum Gestell 2 in der Lage, die durch eine Bearbeitungskopf Antriebseinheit 21 bewirkt wird. Die Bearbeitungskopf-Antriebs einheit 21 weist einen Antriebsmotor 22, der fest auf dem Ge stell 2 angeordnet ist, ein Ritzel 23 und eine Zahnstangenvor richtung 24 auf. Das Ritzel 23 wird durch die Ausgangswelle des Antriebsmotors 22 angetrieben. Die Zahnstangenvorrichtung 24 ist fest am Bearbeitungskopfhalter 19 angeordnet, so daß sie mit dem Ritzel 23 im Eingriff steht. Der Antriebsmotor 22 wird durch eine Steuereinrichtung 25 so gesteuert, daß er das Ritzel 23 antreibt.

Ein Schrittmotor wird als Antriebsmotor 22 verwendet.

Die Steuereinrichtung 25 steuert die Drehung durch Steuerung der Anzahl von Ansteuerimpulsen, die an den Antriebsmotor 22 geliefert werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist in der rechten oberen Stellung des Gestells 2 ein Mikroschalter 95 vorgesehen. Der Mikroschalter 95 ist elektrisch mit der Steuereinrichtung 25 verbunden. Der Mikroschalter 95 liefert ein Referenzposi tionssignal an die Steuereinrichtung 25, wenn das rechte Ende des Bearbeitungskopfhalters 19 den Mikroschalter 95 niederdrückt.

Die Steuereinrichtung 25 speichert Ansteuerimpulszahlen, die zur Positionierung der Bearbeitungsköpfe 5, 6 und 7 in der Bearbeitungsposition bezüglich einer durch den Mikroschalter 95 ermittelten Referenzposition erforderlich sind. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung auf der Grundlage der gespeicherten Ansteuerimpulszahlen einen gewünschten der Bearbeitungsköpfe in der Bearbeitungsposition positionieren, nachdem die Referenz position durch den Mikroschalter 95 bestimmt wurde. Die Referenzposition, die durch den Mikroschalter 95 repräsentiert wird, wird jedesmal erreicht, wenn durch den ersten Antriebs motor 21 ein Neupositionierungs-Vorgang ausgeführt wird, so daß der Halter 19 in Eingriff mit dem Mikroschalter 95 kommt.

Ein Werkstück 26 ist auf einer Bewegungsvorrichtung 27 befestigt und direkt unterhalb der Bearbeitungsköpfe 8 angeordnet. Die Bewegungsvorrichtung 27 wird bewegt, während der Laserstrahl 3 auf das Werkstück 26 eingestrahlt wird, wodurch eine Relativbewegung eines Punktes des Laserstrahles 3, der auf dem Werkstück 26 gebildet ist, bewirkt wird, so daß eine vorbestimmte thermische Bearbeitung ausgeführt wird.

Die Bewegungsvorrichtung 27 weist eine Vorschubeinrichtung 90 in einer ersten Richtung und eine Vorschubeinrichtung 92 für eine zweite Richtung zur Bewegung des Werkstückes 26 in eine gewünschte Position in der waagerechten Ebene auf. Die Vorschubeinrichtung 90 für die erste Richtung hat eine sich in der ersten Richtung erstreckende Kugelrollenspindel 94 und einen Motor 91 zum Drehen der Kugelrollenspindel 94. Die Vor schubeinrichtung 92 für die zweite Richtung hat eine (nicht gezeigte) Kugelrollenspindel, die sich in die zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt, und einen Motor 93 zum Drehen der Kugelrollenspindel.

Es folgt eine Beschreibung eines Schneidvorganges unter Verwen dung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach dieser Ausfüh rungsform unter Bezugnahme auf Fig. 3.

Wenn ein Schneiden auszuführen ist, wird der Bearbeitungs kopfhalter 19 angetrieben, so daß der Laserstrahl 3 mit dem Bearbeitungskopf für Schneidarbeiten 5, der durch den Bearbei tungskopfhalter 19 gehalten ist, ausgerichtet ist und dessen Mittelachse entlang läuft. Das heißt, der Bearbeitungskopf für Schneidarbeiten 5 wird durch den Bearbeitungskopfhalter 19 in diese Ausrichtungsposition bewegt. Der Bearbeitungskopfhalter 19 wird angetrieben, während die Bearbeitungskopf-Antriebsein heit 21 durch die Steuereinrichtung 25 gesteuert wird. Das heißt, wenn der Antriebsmotor 22 angesteuert wird, wird das Ritzel 23 angetrieben, so daß die Zahnstangenvorrichtung 24, die in das Ritzel 23 eingreift, angetrieben wird, wodurch der Bearbeitungskopfhalter 19 bewegt wird.

Der Laserstrahl 3, der auf den Bearbeitungskopf zum Schneiden 5 auftrifft, geht durch die Kondensorlinse 9 hindurch, während er durch diese fokussiert wird. Damit wird das Werkstück 26 an der Stelle des Brennpunktes 28 des Laserstrahles 3 aufgeschmolzen. Ein Bearbeitungsgas 29, das ein aktives Gas (z. B. Sauerstoff) ist, wird durch den Bearbeitungsgas-Zuführstutzen 10 zugeführt und schießt längs der Achse des Laserstrahles 3 aus der Bearbeitungsdüse 11. Im Ergebnis dessen wird der Teil des Werkstückes 26, der durch den Laserstrahl 3 aufgeschmolzen wurde, durch den starken Luftstrom des Bearbeitungsgases 29 weggeblasen, so daß ein Einschnitt 30 im Werkstück 26 gebildet wird. Das Werkstück 26 wird durch die Bewegungsvorrichtung 27 bewegt, und auf diese Weise wird eine vorbestimmte Schneidar beit ausgeführt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nun ein Schweißvorgang unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach dieser Aus führungsform beschrieben.

Beim Schweißen wird der Bearbeitungskopfhalter 19 so angetrieben, daß der Laserstrahl 3 in Ausrichtung mit dem Bearbeitungskopf zum Schweißen 6, der durch den Bearbeitungskopfhalter 19 gehalten wird, ausgerichtet ist und längs dessen Mittelachse verläuft. Das heißt, der Bearbeitungskopf zum Schweißen 6 wird durch den Bearbeitungskopfhalter 19 bewegt. Der Bearbeitungskopfhalter 19 wird angetrieben, indem die Bearbeitungskopf-Antriebseinheit 21 durch die Steuereinrichtung 25 gesteuert wird.

Der auf den Bearbeitungskopf zum Schweißen 6 auftreffende Laserstrahl 3 wird auf dem ebenen Umlenkspiegel 12 reflektiert und trifft auf den Parabolspiegel 13. Nachdem die Ausbreitungs richtung des Laserstrahles 3 durch den Parabolspiegel 13 geändert wurde, ist der Laserstrahl 3 noch fokussiert. Der konvergente Laserstrahl 3 wird auf das Werkstück 26 einge strahlt. Dadurch wird das Werkstück 26 an der Stelle des Brennpunktes 31 des Laserstrahles 3 aufgeschmolzen. Ein Bearbeitungsgas 32, das ein Inertgas (z. B. Argon) ist, wird durch den Bearbeitungsgas-Zufuhrstutzen 14 zugeführt und tritt unter niedrigem Druck aus der Bearbeitungsdüse 15 aus, wobei es koaxial mit dem Laserstrahl 3 strömt. Im Ergebnis dessen wird der durch den Laserstrahl 3 aufgeschmolzene Teil des Werkstückes 26 mit einem schwachen Strom des Bearbeitungsgases 32 bedeckt und erstarrt wieder, während seine Oxidation verhindert wird, wodurch eine Schweißstelle 33 im Werkstück 26 gebildet wird. Das Werkstück 26 wird durch die Bewegungsvor richtung 27 bewegt, und auf diese Weise wird ein vorbestimmter Schweißvorgang ausgeführt.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 ein Härtungsvor gang unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung nach dieser Ausführungsform beschrieben.

Beim Härten wird der Bearbeitungskopfhalter 19 so angetrieben, daß der Laserstrahl 3 mit dem Bearbeitungskopf zum Härten 7, der durch den Bearbeitungskopfhalter 19 gehalten ist, ausge richtet ist und längs dessen Achse verläuft. Das heißt, der Bearbeitungskopf zum Härten 7 wird durch den Bearbeitungskopf halter 19 bewegt. Der Bearbeitungskopfhalter 19 wird angetrie ben, indem die Bearbeitungskopf-Antriebseinheit 21 durch die Steuereinrichtung 25 gesteuert wird.

Der Laserstrahl 3, der auf den Bearbeitungskopf zum Härten 7 auftrifft, durchläuft die Kondensorlinse 16 und wird durch diese Linse fokussiert. Der konvergente Laserstrahl 3 trifft dann auf das Kaleidoskop 17 auf. Der Laserstrahl 3 wird innerhalb des Kaleidoskops 17 mehrfachen Reflexionen ausge setzt, so daß die Energieverteilung des Laserstrahles 3 gegenüber derjenigen beim Schneiden oder Schweißen über eine größere Breite gleichförmig wird. Der Laserstrahl 3 wird dann nach Durchgang durch die Kondensorlinse 18 für den austretenden Laserstrahl auf das Werkstück 26 eingestrahlt. Ein Laserstrahl- Absorptionsmittel 34 vom Graphit-Typ ist auf die Oberfläche des Werkstückes 26 aufgebracht, um den Laserstrahl 3 wirksam zu absorbieren. Nachdem das Werkstück 26 durch den eingestrahlten Laserstrahl 3 schnell aufgeheizt wurde und eine Härtungstem peratur erreicht hat, wird das Werkstück 26 infolge seiner eigenen Wärmeleitung schnell abgekühlt. Im Ergebnis dessen bildet der Laserstrahl 3 einen gehärteten Abschnitt 25 im Werkstück 26. Das Werkstück 26 wird durch die Bewegungsvorrich tung 27 bewegt, und auf diese Weise wird ein vorbestimmter Härtungsvorgang ausgeführt.

Wie oben erwähnt, kann die Laserbearbeitungsvorrichtung ent sprechend der Erfindung, da die Laserbearbeitungsvorrichtung zum Ausführen einer thermischen Bearbeitung wie Schneiden, Schweißen und Erhitzen jeweils mit einem optimalen Bearbei tungskopf in der Lage ist, ein Werkstück hoher Qualität erzeugen. Darüber hinaus kann mit der Laserstrahlbearbeitungs vorrichtung entsprechend der Erfindung, da es keine Notwendig keit zum manuellen Austausch der Bearbeitungsköpfe gibt, die Produktionseffizienz erhöht werden. Weiter können sowohl die Bearbeitungsköpfe als auch das Werkstück bewegt werden, wodurch die Abmessungen der Laserbearbeitungsvorrichtung verringert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es ist zu verstehen, daß Änderungen und Abwandlun gen gegenüber der Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Beispielsweise kann für die Härtungsarbeit anstelle des Kaleidoskops ein Polygonspiegel verwendet werden, der im Inneren des Bearbeitungskopfes fest angebracht ist, um die Energie des Laserstrahls 3 gleichförmig zu verteilen.

Darüber hinaus kann die Bearbeitungskopf-Antriebseinheit eine Hydraulik- oder Pneumatikeinrichtung - etwa einen Pneumatik zylinder - enthalten. Weiterhin kann ein beliebiger Typ von Bearbeitungskopf verwendet werden.

Beispielsweise können - wie in Fig. 11 gezeigt - die Bearbei tungsköpfe 8 durch einen fest am Gestell 2 angeordneten Pneu matikzylinder 230 bewegt werden. Eine Kolbenstange 235 des Pneumatikzylinders 230 ist mit der rechten Seite des Bearbei tungskopfhalters 19 verbunden. Wenn eine Steuereinrichtung 225 den Pneumatikzylinder 230 so steuert, daß die Kolbenstange 235 aus dem Zylinder herauskommt, wird der Bearbeitungskopf für Schneidarbeiten 5 in die Bearbeitungsposition bewegt. Wenn die Steuereinrichtung 225 den Pneumatikzylinder 230 so steuert, daß die Kolbenstange 235 zurückgezogen wird, wird der Bearbeitungs kopf für Schweißarbeiten 6 in die Bearbeitungsposition verschoben.

Claims

1. Laserbearbeitungsvorrichtung mit:
einer Laserstrahlerzeugungsvorrichtung (1) zum Erzeugen eines Laserstrahles (3),
einer Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen (5, 6, 7), von denen jeder mindestens ein optisches Element (9; 12, 13; 16, 17) hat, wobei das mindestens eine optische Element jedes Bearbeitungs kopfes von einem anderen Typ als das mindestens eine optische Element des anderen Bearbeitungskopfes ist,
einer Befestigungsvorrichtung (19) zum Befestigen der Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen (5, 6, 7),
einer Halteeinrichtung (20) zum bewegbaren Halten der Befesti gungsvorrichtung (19),
einer Antriebseinrichtung (21) zum Bewegen der Befestigungs vorrichtung (19) und
einer Steuereinrichtung (25) zum Steuern der Antriebsvorrich tung (21) zum Positionieren eines der Mehrzahl von Bearbei tungsköpfen (5, 6, 7) in einer Bearbeitungsposition, wo der durch die Laserstrahlerzeugungsvorrichtung (1) erzeugte La serstrahl (3) zu einem der Mehrzahl der Bearbeitungsköpfe (5, 6, 7) gelenkt wird.

2. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Werkstückbewegungsvorrichtung (20) zum Bewegen eines Werkstückes (26) relativ zum Bearbeitungskopf (5, 6, 7), der durch die Antriebsvorrichtung (21) in der Bearbeitungsposition positioniert ist.

3. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Werkstückbewegungsvorrichtung (27) eine Einrichtung (90, 92) zum Bewegen des Werkstückes (26) in zwei zueinander senkrechten Richtungen aufweist.

4. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung eine Vorrichtung (24) zum bewegbaren Halten der Befestigungsvor richtung (19) für eine geradlinige Bewegung aufweist.

5. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (21) ein drehbares Zahnrad (23) sowie eine an der Befestigungsvorrichtung (19) be festigte Zahnspange (24), in die das drehbare Zahnrad (23) eingreifen kann, aufweist.

6. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (21) einen Fluidzylinder (230) zum Antreiben der Befestigungsvorrichtung (19) aufweist.

7. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Bearbeitungs köpfe (5, 6, 7) einen Schneidkopf (5), einen Schweißkopf (6) und einen Wärmebehandlungskopf (7) einschließt.

8. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Referenzpositions-Bestimmungsein richtung (95) zum Bestimmen einer Referenzposition der Befe stigungseinrichtung (19).

9. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (21) einen Schritt motor (22) zum Antreiben des drehbaren Zahnrades (23) aufweist, und daß die Steuereinrichtung (25) eine Speichereinrichtung zum Speichern der Ansteuerimpulszahlen, die für den Schrittmotor (22) benötigt werden, um jeden der Bearbeitungsköpfe (5, 6, 7) von der Referenzposition in die Bearbeitungsposition zu bringen, aufweist.

10. Laserbearbeitungsvorrichtung mit:
einem Gestell (2),
einer Laserstrahlungsquelle (1), die auf dem Gestell (2) montiert ist, um einen Laserstrahl (3) in einer Bearbeitungs position bereitzustellen,
einer Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen (5, 6, 7) zum Beaufschla gen eines Werkstückes (26) mit dem Laserstrahl (3),
einer Befestigungsvorrichtung (19) zum bewegbaren Anbringen des Bearbeitungskopfes (5, 6, 7) auf dem Gestell (2),
einer Antriebsvorrichtung (21) zum Bewegen der Befestigungs vorrichtung (19),
einer Steuereinrichtung (25) zum Steuern der Antriebsvorrich tung (21), um einen der Bearbeitungsköpfe (5, 6, 7) in der Bearbeitungsposition zu positionieren, wo er den Laserstrahl (3) von der Laserstrahlungsquelle (1) empfängt, und
einer Werkstückhaltevorrichtung (27) zum Positionieren eines Werkstückes (26) zur Aufnahme des Laserstrahles (3) von dem in der Bearbeitungsposition befindlichen Bearbeitungskopf (5, 6, 7).

11. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung so montiert ist, daß sie eine geradlinige Bewegung ausführen kann.

12. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (21) ein drehbares Zahnrad (23) und eine Zahnstange (24), die an der Befestigungs vorrichtung (19) angebracht ist und mit dem drehbaren Zahnrad (23) in Eingriff steht, aufweist.

13. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (21) einen Fluidzylinder (230) aufweist.

14. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückhaltevorrich tung (27) eine Einrichtung (90, 92) zum Bewegen des Werkstückes (26) in zwei zueinander senkrechten Richtungen aufweist.

15. Laserbearbeitungsvorrichtungen nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Bearbei tungsköpfen (5, 6, 7) einen Schneidkopf (5), einen Schweißkopf (6) und einen Wärmebehandlungskopf (7) einschließt.

16. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch eine Referenzpositions-Bestim mungseinrichtung (25) zum Bestimmen einer Referenzposition der Befestigungsvorrichtung (19).

17. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (21) einen Schrittmotor (22) zum Antreiben des drehbaren Zahnrades (23) aufweist und daß die Steuereinrichtung (25) eine Speicherein richtung zum Speichern der Ansteuerimpulszahlen aufweist, die für den Schrittmotor (22) benötigt werden, um jeden Bearbeitungskopf (5, 6, 7) von der Referenzposition in die Bearbeitungsposition zu bringen.

18. Laserbearbeitungsvorrichtung mit:
einer Laserstrahlungsquelle (1),
einer Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen (5, 6, 7) zum Aufbringen des Laserstrahles (3) auf ein Werkstück (26),
einer Befestigungsvorrichtung (19) zum Befestigen der Mehrzahl von Bearbeitungsköpfen (5, 6, 7),
einer Halteeinrichtung (20) zum bewegbaren Halten der Bearbei tungsköpfe (5, 6, 7),
einer Antriebsvorrichtung (21) zum Bewegen der Befestigungs vorrichtung (19) und
einer Steuereinrichtung (25) zum Steuern der Antriebseinrichtung (21) zum Positionieren eines der Bearbei tungsköpfe (5, 6, 7) in einer Bearbeitungsposition, wobei der eine Bearbeitungskopf den Laserstrahl (3) von der Laserstrah lungsquelle (1) aufnimmt, um den Laserstrahl auf das Werkstück (26) zu richten.

19. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Referenzpositions-Bestimmungs einrichtung (95) zum Bestimmen einer Referenzposition der Befestigungsvorrichtung (19).

20. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (21) einen Schrittmotor (22) aufweist und daß die Steuereinrichtung (25) eine Speichereinrichtung zum Speichern der Anzahl von Ansteu erimpulsen aufweist, die für den Schrittmotor (22) benötigt werden, um jeden Bearbeitungskopf (5, 6, 7) von der Referenz position in die Bearbeitungsposition zu bewegen.