ES2309259T3 - Dispositivo para el mecanizado remoto de piezas de trabajo mediante un rayo laser de mecanizado. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para el mecanizado remoto de piezas de trabajo (2) mediante un rayo láser de mecanizado (4), con un sistema óptico de escáner (6) que se puede ajustar a través de un dispositivo de ajuste (11) controlado por control numérico, en el que el rayo láser de mecanizado (4) se puede orientar hacia como mínimo un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d) de la pieza de trabajo (2) mediante el sistema óptico de escáner (6) ajustado, en el que un control numérico (12) del dispositivo de ajuste (11) para el sistema óptico de escáner (6) es programable mediante un dispositivo de instrucción, y en el que el dispositivo de instrucción incluye un dispositivo de evaluación (18) que está conectado con el control (12) del dispositivo de ajuste (11) para el sistema óptico de escáner (6) y mediante el cual se puede definir un valor de ajuste para el control (12) del dispositivo de ajuste (11) para el sistema óptico de escáner (6), valor de ajuste que se puede almacenar en una memoria de dicho control (12) y que sirve como base para ajustar el sistema óptico de escáner (6) durante el mecanizado de la pieza de trabajo de tal modo que éste dirige el rayo láser de mecanizado (4) hacia el lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d), caracterizado porque el dispositivo de instrucción incluye - un dispositivo de marcado en forma de un indicador (13), previsto además del sistema óptico de escáner, con una marca de indicador (14) para marcar como mínimo un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d) en la pieza de trabajo, y - un dispositivo (15) para registrar la marca de indicador (14) que marca un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d), porque mediante el dispositivo de evaluación (18) se puede definir un valor de ajuste para el control (12) del dispositivo de ajuste (11) para el sistema óptico de escáner (6) sobre la base del registro de la marca de indicador (14) que marca un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d), y porque durante el mecanizado de la pieza de trabajo el sistema óptico de escáner (6) está ajustado sobre la base de dicho valor de ajuste de tal modo que dirige el rayo láser de mecanizado (4) hacia el lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d) marcado.
Description
Dispositivo para el mecanizado remoto de piezas
de trabajo mediante un rayo láser de mecanizado.
La invención se refiere a un dispositivo para el
mecanizado remoto de piezas de trabajo mediante un rayo láser de
mecanizado de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. El
documento JP-A-1115578 da conocer un
dispositivo de este tipo.
Este tipo de dispositivos se utiliza por ejemplo
para la soldadura por láser o la rotulación por láser de piezas de
trabajo. El sistema óptico de escáner de dispositivos conocidos
incluye espejos de escáner móviles que se pueden orientar mediante
un dispositivo de ajuste controlado por CNC (control numérico
asistido por ordenador) de tal modo que dirigen el rayo láser de
mecanizado hacia el lugar de mecanizado correspondiente de la pieza
de trabajo. El rayo láser de mecanizado se enfoca con una distancia
focal grande. El sistema óptico de escáner está situado a la
distancia correspondiente de la pieza de trabajo a mecanizar.
Para programar el control CNC del dispositivo de
ajuste de sistemas ópticos de escáner conocidos antes del
mecanizado propiamente dicho de la pieza de trabajo, un rayo láser
direccional dirigido a través del sistema óptico de escáner
correspondiente se mueve hasta el futuro lugar de mecanizado
orientando el sistema óptico de escáner mediante joystick
(palanca de control) o teclado. El valor de ajuste del control CNC
para el dispositivo de ajuste del sistema óptico de escáner
asignado al recorrido nominal del rayo láser direccional se
almacena en la memoria del control CNC. En el mecanizado
subsiguiente de la pieza de trabajo mediante el rayo láser de
mecanizado se recurre al valor de ajuste almacenado en memoria.
La presente invención tiene por objetivo
perfeccionar el estado actual de la técnica en el sentido de
simplificar, en particular acelerar, la programación del control
numérico del dispositivo de ajuste para el sistema óptico de
escáner.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la
invención mediante el dispositivo según la reivindicación 1. El
indicador previsto como dispositivo de marcado ofrece una
posibilidad sencilla para definir de forma rápida, de fácil manejo
y exacta del lugar de mecanizado de la pieza de trabajo. Se registra
la marca del indicador, que está dispuesta de forma definida con
respecto al lugar de mecanizado y cuya posición reproduce en
consecuencia la posición del propio lugar de mecanizado. Sobre la
base del registro de la marca de indicador que designa un lugar de
mecanizado se define un valor de ajuste para el control del
dispositivo de ajuste del sistema óptico de escáner. Este valor de
ajuste se almacena en la memoria de dicho control. En el mecanizado
subsiguiente de la pieza de trabajo, el posicionamiento del sistema
óptico de escáner se lleva a cabo recurriendo al valor de ajuste
almacenado en memoria, de modo que el rayo láser de mecanizado se
dirige hacia el lugar de mecanizado previamente marcado mediante el
dispositivo de marcado.
Las subreivindicaciones 2 a 10 indican formas de
realización especiales de la invención descrita en la reivindicación
1.
En el caso del tipo de construcción de la
invención según la reivindicación 2, la marca del indicador se
detecta de forma continua y, por consiguiente, también cuando no
marca ningún lugar de mecanizado. Si la marca del indicador ocupa
una posición en la que reproduce la posición de un lugar de
mecanizado en la pieza de trabajo, el dispositivo de evaluación se
activa para definir un valor de ajuste para el control del
dispositivo de ajuste del sistema óptico de escáner. Por
consiguiente, el dispositivo de evaluación está permanentemente
disponible y ya sólo requiere una medida de activación para definir
un valor de ajuste. En consecuencia, la programación del control
numérico para el dispositivo de ajuste del sistema óptico de escáner
requiere mucho menos tiempo.
En algunos dispositivos según la invención,
también está prevista la característica indicada de la
reivindicación 3 para lograr una mayor rapidez y facilidad de
manejo de la programación de control. Por ejemplo, la señal de
conexión para la activación del dispositivo de evaluación se puede
generar mediante un conmutador manual previsto en el indicador. La
señal de conexión generada puede ser de distinta índole. Por
ejemplo, se pueden concebir tanto señales de conexión eléctricas o
acústicas como señales de conexión ópticas del tipo generado en el
dispositivo según la invención de acuerdo con la reivindicación
4.
En el caso de los dispositivos según la
invención, como dispositivos de marcado se pueden utilizar
indicadores de diferentes tipos. Los indicadores táctiles
aplicables a la pieza de trabajo (reivindicación 5) se caracterizan
por una especial facilidad de manejo y por una especial precisión en
el marcado de lugares de mecanizado. Si no es posible el contacto
con la pieza de trabajo, por ejemplo debido a la inaccesibilidad del
lugar de mecanizado correspondiente, o si el contacto con la pieza
de trabajo queda excluido por cualquier otra razón, de acuerdo con
la invención se puede recurrir en particular a un indicador luminoso
con una marca de indicador en forma de una marca luminosa
(reivindicación 6).
De acuerdo con las reivindicaciones 7 y 8, en el
caso de algunos tipos de construcción preferentes de la invención
están previstos dispositivos ópticos para el registro de una marca
de indicador que designa un lugar de mecanizado, en particular
dispositivos ópticos de este tipo con una cámara como detector para
la marca de indicador. Los dispositivos de este tipo han demostrado
su eficacia en la práctica en múltiples ocasiones. En relación con
un dispositivo óptico para el registro de la marca de indicador es
particularmente recomendable la generación de una señal de conexión
óptica para la activación del dispositivo de evaluación.
El tipo de construcción de la invención descrito
en la reivindicación 9 se caracteriza por ser especialmente
conveniente desde puntos de vista constructivos. En este
dispositivo, el sistema óptico de escáner desempeña una función
doble. Por una parte, durante el mecanizado de la pieza de trabajo
dirige el rayo láser de mecanizado hacia el lugar de mecanizado de
la pieza de trabajo y, por otra, constituye un componente del
dispositivo para la programación del control de su propio
dispositivo de ajuste.
De acuerdo con la invención es preferente el
dispositivo según la reivindicación 10. Después de que la marca de
indicador que designa un lugar de mecanizado coincida con el lugar
de mecanizado y que el eje óptico del dispositivo para registrar la
marca de indicador entre el sistema óptico de escáner y la pieza de
trabajo coincida con el eje del rayo láser de mecanizado, para la
programación del control para el dispositivo de ajuste del sistema
óptico de escáner se puede tomar directamente el valor de ajuste de
dicho control en el momento del registro de la marca de indicador
que designa un lugar de mecanizado.
La invención se explica más detalladamente a
continuación con referencia a un dibujo muy esquematizado de un
ejemplo de realización.
En el dibujo está representado un dispositivo 1
para la soldadura remota ("soldadura por escáner") de piezas
de trabajo, en el ejemplo mostrado una pieza de trabajo
tridimensional 2. En la pieza de trabajo 2 se han de crear cuatro
puntos de soldadura en los lugares de mecanizado 3a, 3b, 3c, 3d.
El mecanizado de la pieza de trabajo 2 tiene
lugar mediante un rayo láser de mecanizado 4, que está representado
con su eje de rayo reproducido con línea de trazos y puntos. El rayo
láser de mecanizado 4 se produce en un láser de CO_{2} no
mostrado y, para el mecanizado de la pieza de trabajo, se dirige
hasta la pieza de trabajo 2 a través de un espejo semitransparente
5 y un sistema óptico de escáner 6. Para producir el rayo láser
también se pueden utilizar otros modelos de láser, por ejemplo
láser GYA (granate de itrio y aluminio). En lugar del espejo
semitransparente 5 también se podría concebir un espejo perforado.
El sistema óptico de escáner 6 es de tipo convencional e incluye
dos espejos de escáner 7, 8. Éstos espejos son ajustables mediante
giro alrededor de ejes de ajuste 9, 10. El ajuste de los espejos de
escáner 7, 8 o sistema óptico de escáner 6 tiene lugar mediante un
dispositivo de ajuste 11 impulsado por motor eléctrico, que dispone
a su vez de un control numérico 12.
Antes del mecanizado de la pieza de trabajo 2
con el rayo láser de mecanizado 4 se ha de programar el control
numérico 12 del dispositivo de ajuste 11 mediante un dispositivo de
instrucción.
Un componente de este dispositivo de instrucción
consiste en un dispositivo de marcado en forma de un indicador
táctil manual 13 ("teachpointer"), con una marca de
indicador formada por una punta de indicador 14.
Otra parte del dispositivo de instrucción
consiste en un dispositivo 15 para registrar la punta de indicador
14. El dispositivo incluye una cámara CCD 16 y como componentes
adicionales el espejo semitransparente 5 y el sistema óptico de
escáner 6. Como alternativa a la cámara CCD 16 también se podría
utilizar un diodo de cuatro cuadrantes o un PSD (Position
Sensitive Detector, detector de posición sensible).
Un eje óptico 17 del dispositivo 15 para
registrar la punta de indicador 14 está representado con una línea
de puntos. El eje del rayo láser de mecanizado 4 y el eje óptico del
dispositivo 15 coinciden entre el espejo semitransparente 5 y el
sistema óptico de escáner 6 y también entre el sistema óptico de
escáner 17 y el dispositivo 15. Esta circunstancia se ilustra
mediante la línea de trazos y puntos entre el espejo
semitransparente 5 y la punta de indicador 14. La punta de
indicador 14 se encuentra en aproximación exacta en el lugar de
mecanizado 3a.
Un dispositivo de evaluación 18 está conectado
por una parte con el indicador 13 y por otra parte con el control
numérico 12 del dispositivo de ajuste 11. La conexión entre el
dispositivo de evaluación 18 y el indicador 13 se puede establecer
mediante un conmutador 19. El dispositivo de evaluación 18 también
forma parte del dispositivo de control numérico 12.
Para programar el control numérico 12 del
dispositivo de ajuste 11, el usuario dirige el indicador 13
manualmente a lo largo de la superficie de la pieza de trabajo 2.
El usuario apunta el indicador 13 con la punta de indicador 14
sobre la pieza de trabajo 2 en los lugares de mecanizado 3a, 3b, 3c,
3d, en los que se han de crear puntos de soldadura. Durante el
movimiento del indicador 13 entre los lugares de mecanizado 3a, 3b,
3c, 3d, la punta de indicador 14 es observada mediante la cámara
CCD 16 a través de los espejos de escáner 7, 8 del sistema óptico
de escáner 6. La identificación de la punta tiene lugar mediante
procesamiento de imágenes. Mediante la activación correspondiente
del control numérico 12 del dispositivo de ajuste 11, los espejos de
escáner 7, 8 se ajustan automáticamente de tal modo que la punta de
indicador 14 siempre está representada en el centro de la
imagen.
Cada vez que apunta con la punta de indicador 14
a los lugares de mecanizado 3a, 3b, 3c, 3d, el usuario acciona el
conmutador 19. La señal de conexión eléctrica generada de este modo
activa el dispositivo de evaluación 18. Después, éste registra el
valor de ajuste del control numérico 12 para el dispositivo de
ajuste 11 que provoca la regulación del sistema óptico de escáner 6
en el momento de la activación del dispositivo de evaluación 18. De
este modo, el dispositivo de evaluación 18 define sucesivamente
cuatro valores de ajuste para el control numérico 12, cada uno de
los cuales está asignado a uno de los lugares de mecanizado 3a, 3b,
3c, 3d. Estos valores de ajuste se almacenan en una memoria 20 del
control numérico 12, donde pueden ser consultados por un ordenador
de control 21 para ajustar el sistema óptico de escáner 6 durante el
mecanizado subsiguiente de la pieza de trabajo 2. También se puede
programar un cordón de soldadura continuo moviendo el indicador 13
sobre la pieza de trabajo 2 con el conmutador 19 cerrado durante
todo el movimiento.
Como alternativa a la situación descrita, el
dispositivo de evaluación 18 también se puede activar mediante una
señal de conexión óptica. Esta señal de conexión se puede generar en
la punta de indicador 14 por ejemplo mediante un diodo luminoso
conmutable. Éste puede ser detectado por el dispositivo 15 para
registrar la punta de indicador 14. La activación óptica del
dispositivo de evaluación 18 se ilustra en el dibujo mediante la
línea de trazos entre la cámara CCD 16 y el dispositivo de
evaluación 18.
El control numérico 12 del dispositivo de ajuste
11 está conectado con el control de láser a través de una conexión
no mostrada. El rayo láser de mecanizado 4 se dirige siempre hacia
la pieza de trabajo 2 cuando el sistema óptico de escáner 6 está
ajustado de tal modo que el rayo láser 4 incide sobre el lugar de
mecanizado 3a, 3b, 3c, 3d correspondiente de la pieza de trabajo
2.
Claims (10)
1. Dispositivo para el mecanizado remoto de
piezas de trabajo (2) mediante un rayo láser de mecanizado (4), con
un sistema óptico de escáner (6) que se puede ajustar a través de un
dispositivo de ajuste (11) controlado por control numérico, en el
que el rayo láser de mecanizado (4) se puede orientar hacia como
mínimo un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d) de la pieza de
trabajo (2) mediante el sistema óptico de escáner (6) ajustado, en
el que un control numérico (12) del dispositivo de ajuste (11) para
el sistema óptico de escáner (6) es programable mediante un
dispositivo de instrucción, y en el que el dispositivo de
instrucción incluye un dispositivo de evaluación (18) que está
conectado con el control (12) del dispositivo de ajuste (11) para el
sistema óptico de escáner (6) y mediante el cual se puede definir
un valor de ajuste para el control (12) del dispositivo de ajuste
(11) para el sistema óptico de escáner (6), valor de ajuste que se
puede almacenar en una memoria de dicho control (12) y que sirve
como base para ajustar el sistema óptico de escáner (6) durante el
mecanizado de la pieza de trabajo de tal modo que éste dirige el
rayo láser de mecanizado (4) hacia el lugar de mecanizado (3a, 3b,
3c, 3d),
caracterizado porque el dispositivo de
instrucción incluye
- -
- un dispositivo de marcado en forma de un indicador (13), previsto además del sistema óptico de escáner, con una marca de indicador (14) para marcar como mínimo un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d) en la pieza de trabajo, y
- -
- un dispositivo (15) para registrar la marca de indicador (14) que marca un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d),
porque mediante el dispositivo de evaluación
(18) se puede definir un valor de ajuste para el control (12) del
dispositivo de ajuste (11) para el sistema óptico de escáner (6)
sobre la base del registro de la marca de indicador (14) que marca
un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d),
y porque durante el mecanizado de la pieza de
trabajo el sistema óptico de escáner (6) está ajustado sobre la
base de dicho valor de ajuste de tal modo que dirige el rayo láser
de mecanizado (4) hacia el lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d)
marcado.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la marca de indicador (14) se puede
detectar de forma continua mediante el dispositivo (15) para
registrar la marca de indicador (14) que marca un lugar de
mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d), y porque, en cuanto la marca de
indicador (14) marca un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d), el
dispositivo de evaluación (18) se puede activar para la definición
de un valor de ajuste para el control (12) del dispositivo de
ajuste (11) para el sistema óptico de escáner (6).
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el dispositivo de evaluación
(18) se puede activar mediante una señal de conexión que se puede
generar en el indicador (13) para definir un valor de ajuste.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el dispositivo de evaluación
(18) se puede activar mediante una señal de conexión óptica que se
puede generar en el indicador (13) para definir un valor de
ajuste.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque como dispositivo de marcado
está previsto un indicador táctil (13) que se puede apuntar a la
pieza de trabajo (2).
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque como dispositivo de marcado
está previsto un indicador luminoso con una marca de indicador en
forma de una marca luminosa.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque como dispositivo (15) para
registrar la marca de indicador (14) que marca un lugar de
mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d) está previsto un dispositivo
óptico.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el dispositivo óptico (15)
para registrar la marca de indicador (14) que marca un lugar de
mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d) incluye una cámara (16) como detector
para la marca de indicador (14).
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el sistema óptico de escáner
(6) constituye una parte del dispositivo óptico (15) para registrar
la marca de indicador (14) que marca un lugar de mecanizado (3a,
3b, 3c, 3d).
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la marca de
indicador (14) que marca un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d)
coincide con el lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d), y un eje
óptico (17) del dispositivo óptico (15) para registrar la marca de
indicador (14) que marca un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d)
entre el sistema óptico de escáner (6) y la marca de indicador
(14)/lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d) coincide con el eje del
rayo láser de mecanizado (4), y porque, sobre la base del registro
de la marca de indicador (14) que indica un lugar de mecanizado (3a,
3b, 3c, 3d) como valor de ajuste almacenable en memoria para el
control (12) del dispositivo de ajuste (11) para el sistema óptico
de escáner (6), se puede definir el valor de ajuste de dicho
control (12) en el momento del registro de la marca de indicador
(14) que marca un lugar de mecanizado (3a, 3b, 3c, 3d).
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