B E SC H RE I B U N G

Laserbearbeitungsanlage

mit einer Einrichtung zur Steuerung und Anpassung

der Zusammensetzung des Prozessgases

Die Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsanlage mit einer

Laserbearbeitungseinrichtung, einer Gasversorgungseinheit, einer

Gas-Mischungseinheit und einer Einrichtung zur Steuerung und

Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases zur

Laserbearbeitung.

Der Einsatz einer Gas-Mischungseinheit bei einer

Laserbearbeitungsanlage zum Laserschweißen ist beispielsweise

durch die EP 527229 Al bekannt geeworden.

In Abhängigkeit von einer Schweissaufgabe wird das Prozessgas in

der Regel nach Art und Menge ausgewählt und manuell eingestellt.

Entscheidend ist hier das Erfahrungswissen des Bedieners.

Der Anmelder hat sich die Aufgabe gestellt, die Auswahl und die

Einstellung des Prozessgases beim Laserschweißen zu automatisieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Laserbearbeitungsanlage mit einer

Laserbearbeitungseinrichtung, einer Gasversorgungseinheit, einer

Gas-Mischungseinheit und einer Einrichtung zur Steuerung und

Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases zur

Laserbearbeitung gelöst, welche mit einem Datenspeicher für

Technologietabellen versehen ist, mit deren Hilfe die Steuerung und

Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases erfolgt.

Erfahrungswissen des Bedieners wird um systematische

Versuchsergebnisse ergänzt, welche über die erfindungsgemäße

Einrichtung an die Laserbearbeitungsanlage übermittelt werden

können.

In technischer Umsetzung ist es zur Vermeidung von

Bearbeitungsfehlern vorteilhaft, dass die Steuerung und Anpassung

der Zusammensetzung des Prozessgases automatisch erfolgt. Es sind

aber auch andere Varianten denkbar, wie eine Durchführung des

Verfahrens mithilfe einer NC-Programmierung oder einer interaktiven

Abfrage und Eingabe von Daten durch den Benutzer.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung

schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zur Figur der

Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt eine

Laserbearbeitungsanlage zum Laserschweißen. Die Erfindung ist in

ähnlicher Weise auch für das Laserschneiden einsetzbar.

Aus der Figur ist der Aufbau einer Laserbearbeitungsanlage 1 zum

Laserschweißen ersichtlich. Ein Maschinenrahmen 2 trägt die

Bewegungseinheit der Maschine und das Strahlführungssystem mit

Umlenkspiegeln für einen in dem Laser 3 erzeugten Laserstrahl 4.

Ein Laserschweißkopf 5 mit einem Umlenkspiegel und einem

Fokussierspiegel ist über zwei Drehachsen und in drei Richtungen

bewegbar, um eine Schweißnaht 6 zum Fügen zweier auf einer

Auflage 7 angeordneter Bauteile 8 und 9 optimal bearbeiten zu

können. Die Bauteile 8 und 9 werden mithilfe einer Spannvorrichtung

fixiert. Zum Laserschweißen können dem Laserschweißkopf 5

Prozessgase 10, wie Arbeitgase oder Schutzgase (Helium, Argon,

Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff), zugeführt und über eine

Absaugeinrichtung 11 abgesaugt werden.

Zur Anpassung der Zusammensetzung des Prozessgases beim

Laserschweißen auf die jeweilige Bearbeitungsaufgabe wird eine

Steuereinrichtung 12 in Verbindung mit einer Gasmischungseinheit

13 und Regelventilen 14 verwendet. Die Steuereinrichtung 12

umfasst ein Display, eine CPU, einen Datenspeicher, eine

Eingabeeinrichtung und eine Einrichtung zum Datenaustausch zur

Laserbearbeitungsanlage 1. Die Werte der verschiedenen Parameter,

die für das Laserschweißen von Bedeutung sind, können im NC-Text

enthalten sein oder innerhalb des NC-Textes aufgerufen werden. Eine

bevorzugte Methode ist es, diese Daten als Technologiedaten in sog.

Technologietabellen zu verwalten. Im NC-Text selbst werden dann

nur diese Tabellen aufgerufen. Jede Technologietabelle ist mit einer

Nummer versehen. Alle Tabellen werden zentral verwaltet und

gepflegt und sind in der Steuereinrichtung 12 hinterlegt. Diese

Tabellen werden für jede Materialart und -dicke angelegt. Sie

enthalten optimierte Daten - abhängig vom verwendeten Laser bzw.

der Laserleistung, der Vorschubgeschwindigkeit und des eingesetzten

Fokusdurchmessers bzw. der Fokusform. In einer Technologietabelle

wird unterschieden zwischen den notwendigen Einstellungen an der

Maschine und den materialabhängigen Parametern zum

Laserschweißen. Im NC-Programm, das den Schweißvorgang an einer

Laserschweißanlage steuert, sind lediglich die Nummer oder der

Buchstabe der jeweils benötigten Technologietabelle abgelegt. Bei der

Abarbeitung des NC-Programms werden über die Nummern die

Technologietabellen aufgerufen. Die Bearbeitung wird dann mit den in

der Tabelle enthaltenen Parametern durchgeführt. Alle

Technologiedaten können zentral gepflegt werden. ändern sich

einzelne Parameter, sind Eingriffe in das NC-Programm nicht

notwendig. Die Parameter werden in der Technologietabelle geändert

und während der Abarbeitung des NC-Programms eingelesen. ändern

und Optimieren der Technologiedaten sind ohne NC-

Programmierkenntnisse möglich. Gleiche Teile, die aus verschiedenen

Materialien gefertigt werden sollen, müssen nur einmal programmiert

werden, sofern die anderen Materialien mit den selben

Bearbeitungsgeometrien bearbeitet werden können. Bei änderung des

Materials erfolgt das Anwählen einer neuen Technologietabelle. Eine

möglicherweise abweichende Schweißnaht wird, sofern dies im NC-

Programm aktiviert wurde, über den in der neuen Technologietabelle

eingetragenen Parameter berücksichtigt.

Das Prozessgas kann aus fünf Einzelgasen (He, Ar, CO2, O2, N ₂ ) in

Abhängigkeit der Bearbeitungsaufgabe (Werkstoffart, Fügegeometrie)

sowie der erforderlichen Prozessparameter (Laserleistung,

Tastfrequenz, Brennweite bzw. Fokusdurchmesser, Fokuslage,

Prozessgasmenge, Gasmischungsverhältnis und

Schweißgeschwindigkeit) zusammengemischt werden, um so eine

optimale Gaswirkung zu erreichen. Diese Prozessparameter beziehen

sich auf eine bestimmte Einschweißtiefe bzw. Nahtform.

Um eine opimale Schweißnahtqualität zu gewährleisten, müssen die

Prozessgasmenge sowie das Mischungsverhältnis des Gases auf die

Laserleistung bzw. die Schweißgeschwindigkeit angepasst sein. Der

Anwender verwendet je nach Bearbeitungsaufgabe bzw. notwendiger

Einschweißtiefe oder Nahtform eine entsprechende

Schweißtechnologietabelle in seinem NC-Programm. Die Steuerung

12 gibt der Gasmischungseinheit die entsprechenden Informationen

aus der Tabelle vor, welche dann der Laserbearbeitungsanlage 1 das

optimale Gasgemisch zur Verfügung stellt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Laserbearbeitungsanlai

2 Maschinenrahmen

3 Laser

4 Laserstrahl

5 Laserbearbeitungskopf

6 Schweißnaht

7 Auflage

8 Bauteil

9 Bauteil

10 Prozessgas

11 Absaugeinrichtung

12 Steuereinrichtung

13 Gasmischungseinheit

14 Steuerventil