Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserschweißvorrich- tung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Vorrichtungen zum Laserschweißen sind aus der Praxis bekannt. Zur Bearbeitung von Werkstucken wird beispielsweise der Strahl eines Infrarotlasers über einen Lichtwellenleiter und eine Fo- kussierungsoptik auf die Bearbeitungsstelle eines Werkstucks geleitet. Bei Schweißungen, die über einen Roboter automatisch vorgenommen werden sollen, kann die Optik im Roboterarm mitbewegt werden. Dieser Aufbau ist aufgrund der Masse der zu bewegenden Optik relativ langsam.

Eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit wird durch das soge- nannte Remote-Welding-Verfahren erreicht, bei dem der Laserstrahl über einen relativ großen Abstand auf die zu bearbeitende Oberflache des Werkstücks fokussiert wird. Entsprechende

Vorrichtungen sind beispielsweise aus den Offenlegungsschrif- ten DE 101 30 199 Al und DE 102 52 443 Al bekannt.

Bei der erstgenannten Offenlegungsschrift ist eine Scannervorrichtung für einen Leistungslaser kardanisch aufgehängt, um damit die Verschwenkung des Laserstrahls im Raum und somit das Verfahren des Fokuspunktes des Laserstrahls auf der Werk- stucksoberflache mit geringerer Massenträgheit erzielen zu können. Die zweite Offenlegungsschrift zeigt eine Vorrichtung zur Ablenkung eines Laserstrahls über einen Spiegel. Bei die- ser Vorrichtung wird ein Spiegel zur Umlenkung des Laserstrahls um eine etwa parallel zum einfallenden Laserstrahl liegende Drehachse verdreht und um eine quer zur Richtung des einfallenden Laserstrahls an der Verdrehvorrichtung gelagerten Schwenkachse verschwenkt. Die beiden Losungen, die in den bei- den Offenlegungsschriften beschrieben werden, sind für eine wirtschaftliche Anwendung beim Laserschweißen von größeren Werkstucken aufgrund der begrenzten Verfahrgeschwindigkeit des Fokuspunktes auf dem Werkstuck nicht schnell genug.

Aus der DE 100 33 846 Al ist eine Ablenkeinrichtung für einen Laserscanner bekannt, bei der ein dreieckiger Spiegel über Linearantriebe in einem Rahmen aufgehängt ist. Die Linearantriebe sind dabei starr an dem Rahmen befestigt, wahrend die Laufer der Linearantriebe über sogenannte Stellbleche mit dem Spiegel verbunden sind, die flexibel sind und den bei Ver- stellvorgangen auftretenden Winkelfehler zwischen Antrieb und Anlenkpunkt am Spiegel kompensieren. Diese Losung ist aufwandig, weil drei Aktuatoren benotigt werden. Sie ist zudem anfallig für Vibrationen.

Der nachstkommende Stand der Technik ist in dem Abschlussbe- rieht des Laserzentrums Hannover mit dem Titel „ProFi" (ISBN

3-936888-61-2) dargestellt. Bei der dort beschriebenen Strahl- fuhrung für eine Laserschweißvorrichtung nach dem Prinzip des Remote-Welding beschrieben. Das optische System umfasst hier einen YAG-Laser der über einen Lichtwellenleiter eingekoppelt

wird und auf einen Umlenkspiegel fallt. Von dem Umlenkspiegel wird der Strahl dann auf eine mehrlinsige Fokussieroptik ge ^¬ lenkt, die den Laserstrahl über einen nahezu kardanisch aufgehängten Umlenkspiegel in einem Abstand von etwa 800mm auf eine Werkstuckoberflache abbildet. Erzielt wird dabei ein Fokuspunktdurchmesser von etwa 600μ. Der Antrieb des Spiegels erfolgt über Linearantriebe, die einerseits an dem Grundkorper der Vorrichtung schwenkbar befestigt sind und andererseits mit ihrem Betatigungselement ebenfalls schwenkbar an den Spiegel angelenkt sind.

In der Praxis zeigt sich, dass diese Anordnung des kardanisch aufgehängten Spiegels mit unmittelbar angeschlossenen Direktantrieben zwar eine große Positioniergenauigkeit ergibt, dass aber die Geschwindigkeit nach wie vor begrenzt ist.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserschweißvorrichtung für das Remote-Welding zur Verfugung zu stellen, die hinsichtlich der erzielbaren Geschwindigkeit des Fokuspunktes auf der Werkstuckoberflache weiter verbessert ist.

Diese Aufgabe wird von einer Laserschweißvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost.

Weil die Scannervorrichtung für einen Leistungslaser zur Materialbearbeitung, mit einer Abbildungsoptik versehen ist, die einen um zwei Achsen schwenkbar gelagerten und von zwei Aktua- toren angetriebenen Ablenkspiegel aufweist, mit welcher der Laserstrahl als Spot auf Bearbeitungsstellen von Werkstucken projizierbar ist, und weil sie erfindungsgemaß zwischen den Aktuatoren und dem Ablenkspiegel Koppelmittel aufweist, die mit einem ersten Ende an den Aktuatoren und mit einem zweiten Ende an dem Ablenkspiegel schwenkbar gelagert sind, sind die durch Massenträgheit auf die Schwenklagerung wirkenden Kräfte minimiert, was einen schnelleren Schwenkvorgang ermöglicht.

Dabei ist vorteilhaft die Abbildungsoptik auf einer Grundplat ^¬ te angeordnet ist und die Aktuatoren sind unbeweglich mit der Grundplatte verbunden. Die Koppelmittel sind bevorzugt Pleuel.

Eine besonders präzise Steuerung des Laserstrahls ergibt sich, wenn der Ablenkspiegel in einem Kugelgelenk im Abstand von der Spiegelruckseite gelagert ist.

Die Aktuatoren sind vorzugsweise Linearmotoren, deren Statoren mittelbar oder unmittelbar an der Grundplatte befestigt sind.

Die Einkopplung des Laserstrahls erfolgt bevorzugt über eine in einer Klemmung befestigte Optik, so dass diese einfach austauschbar und anpassbar ist. Dazu ist auch vorteilhaft, wenn die Verbindung der Scannervorrichtung mit einer externen e- lektrischen Versorgung und Steuerung sowie mit dem Laser über manuell trennbare Kupplungen vorgesehen ist.

Nachfolgend wird ein Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Figur 1: Eine erfindungsgemaße Scannervorrichtung in einer Draufsicht;

Figur 2: die Scannervorrichtung gemäß Figur 1 in einer per- spektivischen Darstellung;

Figur 3: die Linearantriebe und den Spiegel der Scannervorrichtung gemäß Figur 2 in einer vergrößerten Darstellung; sowie

Figur 4 : die Anordnung gemäß Figur 3 aus einer anderen Per- spektive.

Die Figur 1 zeigt in einer Draufsicht eine Scannervorrichtung für einen Leistungslaser mit einer Grundplatte 1, die über Halter 2 eine erste Optik 3 tragt. Die Optik 3 weist einen An- schluss 4 für einen Lichtwellenleiter auf, durch den ein als gepunktete Linie dargestellten Laserstrahl 5 in die Scanner-

Vorrichtung eingekoppelt wird. Weiter tragt die Grundplatte 1 einen Umlenkspiegel 6, der dem Laserstrahl etwa in einem rechten Winkel umlenkt. Eine weitere Halterung 7 tragt eine Kolli ^¬ matoroptik 8, durch die der Laserstrahl 5 fokussiert wird. Am Ausgang der Kollimatoroptik 8 trifft der Laserstrahl auf einen Umlenkspiegel 9, der Laserstrahl 5 schließen seine Ausgangsrichtung, die in der Figur 1 oben dargestellt ist, umlenkt.

Der Spiegel 9 ist über einen Rahmen 9a in einem Kugellager 10 beweglich gelagert. Zwei Aktuatoren oder Stellantriebe sind für die Verschwenkung des Spiegels 9 im Kugellager 10 vorgesehen. Das Lager 10 wird von einer Halterung 22 getragen, die an der Grundplatte befestigt ist.

Ein erster Stellantrieb umfasst einen Linearmotor 11, der über einen Befestigungswinkel 12 an der Grundplatte 1 befestigt ist. Der Linearmotor 11 umfasst einen Startor und einen Laufer 13. An dem Laufer 13 ist in einem Schwenkgelenk 14 ein Pleuel 15 angelenkt, welches in einem weiteren Schwenkgelenk 16 mit einem Rahmen des Spiegels 9 verbunden ist. Dieser Stellantrieb bewirkt in der Darstellung gemäß Figur 1 die Verschwenkung des Laserstrahls 5 parallel zu der Grundplatte 1.

Ein zweiter Stellantrieb weist ebenfalls einen Linearmotor 21 auf, der unmittelbar an der Grundplatte 1 befestigt ist und der mit einem Laufer 23, einem ersten Schwenkgelenk 24, einem Pleuel 25 und einem zweiten Schwenkgelenk 26 an dem Rahmen 9a des Spiegels 9 angelenkt ist. Dieser Linearmotor bewirkt die Verschwenkung des Laserstrahls 5 senkrecht zur Grundplatte 1. Die resultierenden Schwenkachsen verlaufen jeweils senkrecht zueinander und mittig durch den Mittelpunkt des Kugelgelenks 10.

Die Figur 2 zeigt die in soweit beschriebene Scannervorrichtung in einer perspektivischen Darstellung. Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die Optik 3, die Kollimatoroptik 8 und auch die Linearantriebe 11 und 21 in mechanisch unkomplizierter Weise

an der Grundplatte 1 befestigt sind und das diese entsprechend leicht austauschbar sind. Insbesondere die Optik 3 und die Kollimatoroptik 8 können nicht nur durch Anpassen der entsprechenden Halterungen 2 und 7 eingestellt und gegebenenfalls ausgewechselt werden.

Die Linearantriebe 11 und 21 sowie der Spiegel 9 mit seinem Kugelgelenk 10 sind in der Figur 3 nochmals vergrößert perspektivisch dargestellt. In dieser Darstellung ist ersichtlich, dass der Linearantrieb 11 über das Pleuel 15 an dem au- ßeren Rahmen des Spiegels 9 über ein Kugelgelenk 30 angelenkt ist, welches die Verschwenkung des Spiegels 9 um die horizontale Schwenkachse bei Betätigung des Linearantriebs 21 ermöglicht. Ein entsprechendes in der Zeichnung nicht sichtbares Kugelgelenk ist zwischen den Pleuel 25 des Linearantriebes 21 und dem Rahmen 9a des Spiegels 9 vorgesehen.

Die Figur 4 zeigt die in Figur 3 beschriebene Anordnung in einer anderen Perspektive. Wieder tragen gleiche Bauteile gleiche Bezugsziffern.

Zur Verwendung der insoweit beschriebenen Scannervorrichtung zur Materialbearbeitung mit einem Laser wird die Scannervorrichtung mit der Grundplatte 1 an einem freien Ende eines Roboterarms befestigt. Der Leistungslaser wird über Lichtwellenleiter an den Anschluss 4 angeschlossen und über die Optik 3, den Spiegel 6, die Kollimatoroptik 8 und den Umlenkspiegel 9 auf das Werkstuck fokussiert. Der Bearbeitungsvorgang, beispielsweise Schweißen oder Schneiden, wird dann durchgeführt, indem die Linearantriebe 11 und 21 zur Verschwenkung des Umlenkspiegels 9 von einer externen und nicht dargestellten Steuerung angesteuert werden. Der Umlenkspiegel 9 verschwenkt dann den Laserstrahl in X-Y-Richtung auf dem Werkstuck. Die Z- Richtung wird über die Kollimatoroptik 8 nachgeregelt. Der Roboterarm, der die gesamte Scannervorrichtung tragt, muss dabei nur die Scannervorrichtung über dem zu bearbeitenden Bereich positionieren. Wahrend der eigentlichen Materialbearbeitung

bleibt der Roboterarm in Ruhe. Die relativ große Massenträg ^¬ heit des Roboterarms wird deshalb nicht zu einem begrenzendem Faktor für die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Laserbearbeitungsvorrichtung. Die große Bearbeitungsgeschwindigkeit, die mit dieser Anordnung zu erzielen ist, ist durch die beiden massearmen Linearantriebe 11 und 21 gewährleistet. Im Unterschied zum Stand der Technik sind die Linearantriebe 11 und 21 mit ihren Statoren fest auf der Grundplatte 1 befestigt. Auch die Laufer 13 und 23 werden ausschließlich in der für die Li- nearantriebe 11 und 21 vorgesehenen Bewegungsrichtung verlagert. Bei einer Verschwenkung des Laserstrahls in der Ebene parallel zur Grundplatte 1 wird die erforderliche Bewegungskomponente des Linearantriebs 11, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Laufers 13 steht, über das relativ leichte Pleuel 15 aufgebracht. Diese Bewegung wird erforderlich, weil das Kugelgelenk 30 entlang einer Kreisbahn um den Mittelpunkt des Kugelgelenks 10 bewegt wird, so dass ein sich ändernder Abstand zwischen dem Kugelgelenk 30 und der Bewegungsachse des Linearantriebs 11 auszugleichen ist. Im Stand der Technik wur- de zum Ausgleich dieser Bewegung der gesamte Linearantrieb schwenkbar an der Grundplatte befestigt und zwangsläufig bei jeder Bewegung mit bewegt. Gegenüber diesen Konzept ist die erfindungsgemaße Scannervorrichtung durch die reduzierten bewegten Massen erheblich schneller. Auch die geringere Belas- tung der erforderlichen Schwenklager (14 und 16 bzw. 24 und

26) tragt zu einem leichteren und dennoch dauerhafteren Aufbau der Scannervorrichtung bei.

Als Material für die bewegten Teile, insbesondere für die Pleuel 15, sind derzeit Leichtmetalllegierungen vorgesehen. Es ist aber auch denkbar, die bewegten Massen durch Verwendung von leichten Verbundmaterialien aus Kohlefaserbasis oder durch Verwendung von leichten, hochfesten Kunststoffen weiter zu reduzieren .

Die beschriebene Scannervorrichtung ermöglicht eine Bearbei- tung von Materialen in einem Abstand von bis zu 2 Metern.

In der Praxis wird die Scannervorrichtung zum Schutz vor äuße ^¬ ren Einflüssen mit einem Gehäuse versehen sein. Die in den Fi ^¬ guren nicht dargestellten elektrischen Anschlüsse für die Kol ^¬ limatoroptik 8 und für die Linearantriebe 11 und 21, aber auch der Anschluss 4 für den Lichtwellenleiter des Leistungslasers werden dann zweckmäßig über manuell trennbare Kupplungen aus dem Gehäuse herausgeführt. Das Wechseln der gesamten Scannervorrichtung ist dann besonders einfach und vor allem auch Prozesssicher durchzufuhren. In einer automatischen Bearbeitungs- anläge mit mehreren Bearbeitungsstellen, wie beispielsweise einer Straße zur Bearbeitung von Kraftfahrzeugkarosserien, können dann mehrerer Scannervorrichtungen zur Bearbeitung verschiedenen Bereiche der Karosserien vorgesehen sein. Die zuge- fuhrte Laserstrahlung kann dann über einen Multiplexer jeweils der aktiven Scannervorrichtung zugeführt werden, wahrend die anderen Scannervorrichtungen über den tragenden Roboterarm an eine andere Grundposition verfahren werden.