WO2010088873A4 - Vorrichtung mit scanner-optik zur materialbearbeitung mittels laser - Google Patents

Vorrichtung mit scanner-optik zur materialbearbeitung mittels laser Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mit einer Scanner-Optik (pre- oder post-objective-scanning) ausgestattete Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laser (1), insbesondere zum Laserschweißen. Die Vorrichtung umfasst einen mit der Scanner-Optik (2a, 2b) mitbeweglichen Bildsensor (18), der optisch in einen mit der Bearbeitungsposition (16) auf dem Werkstück (7) beginnenden Teilbereich des Strahlengangs der Scanner-Optik (2a, 2b) eingebunden ist, und mindestens einen mit der Scanner-Optik (2a, 2b) mitbeweglichen Projektor (10), der dazu dient, Messlicht (11) in Form von Messstrukturen auf das zu bearbeitende Werkstück (7) zu projizieren. Der Bildsensor (18) ist sensitiv im Wellenlängenbereich des vom Projektor (10) abgestrahlten Messlichts (11) und auf der dem Strahlengang abgewandten Seite einer Ablenkungseinheit (4a, 4b), die für den Wellenlängenbereich des vom Projektor (10) abgestrahlten Lichts durchlässig ist und Licht des Wellenlängenbereichs des vom Bearbeitungslaser (1) emittierten Lichts reflektiert, angeordnet. Mit der Vorrichtung können in Massenfertigung unkompliziert Geometriemuster mit hoher Auflösung, wie z. B. feine Kehl- und Bördelnähte, geschweißt werden.

Claims

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE beim Internationalen Büro eingegangen am 16 August 2010 (16.08.2010)
1. Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laser (1 ) mit einer durch eine Führungsmaschine relativ zum zu bearbeitenden Werkstück (7) beweglichen Scanner-Optik (2a, 2b), die nach dem Prinzip des pre-objektive-scanning oder des post-objective-scanning arbeitet und deren Strahlengang mittels einer oder mehrerer aktiver (4b) und/oder passiver (4a) Ablenkungseinheiten geführt ist, einem mit der Scanner-Optik mitbeweglichen Projektor (10), der dazu dient, Messlicht (11) in Form von Messstrukturen auf das zu bearbeitende Werkstück (7) zu projizieren und einem mit der Scanner-Optik (2a, 2b) mitbeweglichen Bildsensor (18), der sensitiv im Wellenlängenbereich des vom Projektor (10) abgestrahlten Messlichts (11) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektor außerhalb des Strahlengangs der Scanner-Optik (2a, 2b) angeordnet ist, und das vom Projektor (10) ausgestrahlte Messlicht (11) aus mindestens einer Linie (12) besteht, die quer zur Längsrichtung (13) der auf dem Werkstück (7) zu erzeugenden Naht verläuft und die einen mittels des Projektors (10) in Nahtlängsrichtung (13) vorgebbaren Vorlauf zur Auftreffposition (8) des Laserstrahls (6) aufweist, wobei der Bildsensor (18) zur optischen Auskopplung aus dem Strahlengang der Scanner-Optik (2a, 2b) auf der dem Strahlengang abgewandten Seite einer für den Wellenlängenbereich des vom Projektor (10) abgestrahlten Lichts durchlässigen und für den Wellenlängenbereich des vom Bearbeitungslaser (1 ) emittierten Lichts reflektierenden Ablenkungseinheit (4a, 4b) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (18) auf der dem Strahlengang abgewandten Seite einer passiven Umlenkeinheit (4a) angeordnet, als Lichtquelle des Projektors (10) ein Laser, der Licht mit einer anderen Wellenlänge als der Bearbeitungslaser (1) abgibt, eingesetzt und die passive Umlenkeinheit (4a) als teildurchlässiger, mit Interferenzschichten versehener Spiegel ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (18) auf der dem Strahlengang abgewandten Seite von der passiven Ablenkungseinheit (4a), die sich, dem Strahlengangs aus Sicht der Bearbei- 15 tungsposition (16) folgend, an die letzte aktive Ablenkungseinheit (4b) anschließt, angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (18) auf der dem Strahlengang abgewandten Seite von der passiven Ablenkungseinheit (4a) angeordnet ist, die, dem Strahlengang aus Sicht der Bearbeitungsposition (16) folgend, hinter der Fokussiereinheit (5) der Scanner-Optik (2b) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das vom Projektor (10) ausgestrahlte Messlicht über das gesamte Arbeitsfeld (9) der Scanner-Optik (2a, 2b) erstreckt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Steuereinheit ausgestattet ist, die mittels Triangulations- und/oder Licht schnittverfahren aus den Daten des Bildsensors (18) die Bearbeitungspositionen (16) auf dem Werkstück (7) berechnet und mittels der Positionsdaten die mindestens eine aktive Ablenkungseinheit (4b) der Scanner-Optik (2a, 2b) ansteuert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Ablenkungseinheiten (4b) der Scanner-Optik (2a, 2b) mit Hilfe der Steuereinheit derart mit der Führungsmaschine synchronisiert sind, dass mittels der Scanner-Optik (2a, 2b) zusätzlich zur Nahtführung die Prozessgeschwindigkeit gegenüber der von der Führungsmaschine vorgegebenen Geschwindigkeit verringert oder erhöht werden kann, indem der Laserstrahl (6) mittels der Scanner-Optik in oder entgegen die von der Führungsmaschine vorgegebene Bewegungsrichtung bewegt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass zur meh- rachsigen Nahtführung entweder mehrere Projektoren (10) eingesetzt sind oder mindestens ein Projektor (10) um den Strahlengang schwenkbar gelagert ist. 16
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen mit der Scanner-Optik (2a, 2b) mitbeweglichen Prozessjet (21 ) zur Erzeugung einer Luftströmung mit Hilfe von komprimiertem Gas (22), der dem Entfernen von beim Laserschweißen entstehenden Dämpfen und der Verringerung sonstiger beim Laserschweißen entstehender Prozessumwelteinflüsse (23), die das Signal des Bildsensors (18) stören, aus dem Umgebungsbereich des Projektors (10) dient, aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherstellung der Schutzwirkung des mindestens einen Prozessjets (11 ) entweder, wenn mehrere Projektoren (10) eingesetzt sind, auch mehrere Prozessjets (21 ) verwendet werden, oder, wenn ein schwenkbarer Projektor (10) verwendet ist, entweder mehrere Prozessjets (21 ) oder ein Prozessjet (21 ), der ebenfalls schwenkbar gelagert ist, eingesetzt ist.
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