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Title:
METHOD, DEVICE AND INSTALLATION FOR CUTTING TEXTILES BY MEANS OF A LASER BEAM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/016847
Kind Code:
A1
Abstract:
According to the invention, a laser beam (24) is used as a cutting tool to cut textiles consisting of synthetic fibres or partly consisting of synthetic fibres, such as airbag materials, said laser beam being focussed onto the textile material (30) from a laser source (22) by means of an expanding optical element (26) and two successive galvanometer scanners (32, 34) driving deviation mirrors (28, 29). The expanding optical element (26) has a variable focal distance due to a motor-driven lens displacement, such that the focal distance is always located on the cutting plane defined by the textile material (30), when the laser beam is deviated by the galvanometer scanners. Said galvanometer scanners are provided with mirrors (28, 29).

Inventors:
LANG BERNHARD (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/000839
Publication Date:
February 26, 2004
Filing Date:
March 14, 2003
Export Citation:
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Assignee:
LANG LASER SYSTEM GMBH (DE)
LANG BERNHARD (DE)
International Classes:
B23K26/06; B23K26/08; B23K26/40; D06H7/22; (IPC1-7): D06H7/22; B23K26/06
Domestic Patent References:
WO1997019217A21997-05-29
Foreign References:
EP1063048A22000-12-27
EP1052104A22000-11-15
Attorney, Agent or Firm:
König, Beate (Morassistrasse 8, München, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zum Schneiden von Textilien (30), die aus Kunst stoffasern bestehen oder einen Anteil an Kunststoffasern auf weisen, mittels eines Laserstrahls (24, 24') nach einem vor gegebenen Schnittmuster, wobei ein Laserstrahl aufgeweitet, entsprechend dem zu erzeugenden Schnittmuster umgelenkt und auf die zu schneidende Textilie (30) fokussiert wird.
2. Schneidvorrichtung zum Schneiden von Textilien (30), die aus Kunststoffen bestehen oder einen Anteil an Kunststoffen aufweisen, nach einem vorgegebenen Schnittmuster, zur Durch führung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Schneidvor richtung (20) folgendes enthält : eine Laserquelle (22) zur Erzeugung eines Laserstrahls (24), eine Aufweitoptik (26) zur Aufweitung des in der Laser quelle erzeugten Laserstrahls, eine motorisch angetriebene Umlenkspiegeleinrichtung (28, 29,32, 34) zum Umlenken des aufgeweiteten Laserstrahls ent sprechend dem zu erzeugenden Schnittmuster, eine motorisch angetriebene Fokussiereinrichtung (36) zum Fokussieren des Laserstrahls (24) auf die Ebene der zu schnei denden Textilie (30) in Abhängigkeit von der Umlenkung des La serstrahls, und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs der Schneidvorrichtung (20).
3. Schneidvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Aufweitoptik (26) mit einer varia blen Brennweite ausgestattet ist.
4. Schneidvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n'e t, daß eine Linse (36) oder Linsengruppe der Aufweitoptik (26) motorisch in Richtung des Laserstrahls (24) verschiebbar ist.
5. Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Umlenkspiegel einrichtung zwei Umlenkspiegel (28,29) umfaßt, die in zwei zueinander senkrecht stehenden Ebenen verschwenkbar sind.
6. Schneidvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zum Verschwenken eines jeden Umlenk spiegels (28,29) jeweils ein GalvanometerScanner (32,34) vorgesehen ist.
7. Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da durch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Laserquelle (22) ortsfest ist.
8. Schneidanlage zum Schneiden von Textilien, die mindestens zwei Schneidvorrichtungen (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 7 aufweist, wobei für die mindestens zwei Schneidvorrichtungen eine gemeinsame Steuereinrichtung vorgesehen ist und die min destens zwei Schneidvorrichtungen so angeordnet und steuerbar sind, daß unmittelbar benachbarte Bereiche der zu schneidenden Textilien geschnitten werden können.
9. Schneidanlage nach Anspruch 8, wobei eine Textilienbahn (42) einem Schneidbereich (50) der Schneidanlage zuführbar ist, in welchem die Textilienbahn entsprechend dem Schnittmu ster geschnitten wird, wobei die Umlenkspiegeleinrichtungen (25) der mindestens zwei Schneidvorrichtungen (20) quer zur Transportrichtung der Textilienbahnen (42) nebeneinanderlie gend angeordnet sind.
10. Schneidanlage nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Textilienbahn (42) den Schneidbe reich (50) entsprechend dem zu schneidenden Schnittmuster schrittweise'zuführbar ist.
11. Schneidanlage nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Textilienbahn (42) dem Schneidbe reich (50) kontinuierlich zuführbar ist.
12. Schneidanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Textilienbahn (42) von einer Vorratsrolle (44) zuführbar ist.
Description:
VERFAHREN, VORRICHTUNG UND ANLAGE ZUM SCHNEIDEN VON TEXTILIEN MITTELS LASER Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von Texti- lien, die aus Kunststoffasern bestehen oder einen Anteil an Kunststoffasern aufweisen, mittels eines Laserstrahls nach einem vorgegebenen Schnittmuster. Weiterhin betrifft die Er- findung eine Schneidvorrichtung zur Durchführung des Verfah- rens. Schließlich betrifft die Erfindung eine Schneidanlage zum Schneiden von Textilien mittels solcher Schneidvorrichtun- gen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Schneiden von Airbagmaterialien, die beschichtet oder un- bpschichtet sein können.

Solche Textilien, die beispielsweise aus Polyamid, Polyester oder Polyethylen bestehen können oder Anteile an solchen Kunststoffasern aufweisen, werden, um eine große Ausbringungs- menge zu erreichen, in Hochlagen-Cuttern geschnitten. Hierbei werden zunächst abwechselnd jeweils Lagen des zu schneidenden Materials, also beispielsweise Airbagmaterial, und Folien übereinandergelegt. Die bis zu 20 übereinander liegenden Lagen werden dann dem Laserschneidsystem zugeführt und im Laser- schneidsystem mittels eines Laserstrahls geschnitten. Die Fo- lien-Zwischenlagen sind notwendig, nachdem anderenfalls be- nachbarte Lagen des Textilienmaterials an den Schnittkanten aufgrund der Kunststoffasern bzw. des Kunststoffaseranteils miteinander verschweißen würden.

Diese Vorgehensweise weist einige Nachteile auf. Zum einen sind die zusätzlichen Folien-Zwischenlagen erforderlich, um ein Verschweißen an den Schnittkanten zu vermeiden. Beim Ver- einzeln der geschnittenen Teile müssen sodann die Zwischenla- gen ausgesondert werden, was einen zusätzlichen Arbeitsaufwand erfordert. Nachdem die einzelnen Lagen in der Schneidstation nicht mittels Vakuum angesaugt werden können, ist somit nicht gewährleistet, daß sie vollständig eben liegen und es ergibt sich eine hohe Welligkeit bzw. Unebenheit der Stofflagen auf- grund von Lufteinschlüssen und durch Verziehen der einzelnen Lagen. Dies führt häufig zu ungenauen Schnitten. Weiterhin besteht die Gefahr, daß sich nicht stets saubere Schnittkanten ergeben, nachdem hierfür im Fokusbereich des Laserstrahls ge- schnitten werden muß, was bei mehreren, übereinander angeord- neten Lagen stets bedeutet, daß die oberen bzw. unteren Lagen außerhalb des Fokusbereichs liegen.

Eine Alternative zum Schneiden der Textilien mittels Hochla- gen-Cuttern ist das Schneiden auf einem Einzellagen-Cutter. In der Regel handelt es sich hierbei um einen Plotter, der einen Laserschneidkopf in X-und Y-Richtung verfährt. Die Vorteile eines Einzellagen-Cutters sind darin zu sehen, daß hier keine Zwischenlagen erforderlich sind und auch das Textilmaterial relativ eben liegt, was zu einem im Vergleich zum Hochlagen- Cutter besseren Schneidergebnis und einer höheren Genauigkeit führt. Nachteilig bei Einzellagen-Cuttern ist jedoch die ge- ringe Arbeitsgeschwindigkeit. Sehr schnelle Plotter weisen eine maximale Arbeitsgeschwindigkeit von 2 m/sec bei einer Beschleunigung von 1,5 g auf und stellen daher hinsichtlich der Ausbringungsmenge keine echte Alternative zum Hochlagen- Cutter dar.

Der Erfindung liegt daher im wesentlichen die Aufgabe zugrun- de, ein Schneidsystem zum Schneiden von Textilien, die aus Kunststoff bestehen oder einen Anteil an Kunststoffen aufwei- sen, mittels eines Laserstrahls zu schaffen, welches die grundsätzlichen Vorteile eines Einzellagen-Cutters aufweist, welches andererseits jedoch sehr hohe Schneidgeschwindigkeiten erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist hinsichtlich des Verfahrens ge- mäß Patentanspruch 1 im wesentlichen vorgesehen, daß ein vor- zugsweise ortsfester Laserstrahl aufgeweitet, entsprechend dem zu erzeugenden Schnittmuster umgelenkt und auf die zu schnei- dende Textilie fokussiert wird.

Hinsichtlich der Schneidvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gemäß Patentanspruch 2 vor- gesehen, daß diese folgendes enthält : Eine Laserquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls, eine Aufweitoptik zur Aufweitung des in der Laserquelle erzeugten Laserstrahls, eine motorisch angetriebene Umlenkspiegeleinrichtung zum Umlenken des aufge- weiteten Laserstrahls entsprechend dem zu erzeugenden Schnitt- muster, eine motorisch angetriebene Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des Laserstrahls auf die Ebene der zu schneidenden Textilie in Abhängigkeit von der Umlenkung des Laserstrahls, und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebes der Schneidvorrichtung.

Die Fokussierung kann in bevorzugter Weiterbildung der Erfin- dung dadurch realisiert werden, daß die Aufweitoptik mit einer variablen Brennweite ausgestattet ist, wozu eine Linse oder Linsengruppe der Aufweitoptik motorisch in Richtung des Laser- strahls verschiebbar sein kann.

Die Umlenkspiegeleinrichtung kann in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung zwei Umlenkspiegel umfassen, die in zwei zuein- ander senkrecht stehenden Ebenen verschwenkbar sind, wobei zum Verschwenken eines jeden Umlenkspiegels vorzugsweise jeweils ein Galvanometer-Scanner vorgesehen ist.

Im Falle der vorliegenden Erfindung wird somit der als Schneidwerkzeug dienende Laserstrahl von der Laserstrahlquelle über die Aufweitoptik und zwei nachfolgenden Galvanometer- Scannern auf das Gewebe fokussiert, wobei die Aufweitoptik mit einer variablen Brennweite ausgestattet ist, die dafür sorgt, daß bei Auslenkung des Laserstrahls über die Galvanometer- Scanner der Brennpunkt des Laserstrahls stets auf der Schneid- ebene liegt.

Während somit beim Stand der Technik gemäß dem weiter oben beschriebenen Einzellagen-Cutter nur eine begrenzte Arbeits- geschwindigkeit möglich ist, nachdem bei diesem System die kompletten Achsen des Plotters und auch der Schneidkopf mit- bewegt werden müssen, sind im Falle der vorliegenden Erfindung sehr hohe Schneidgeschwindigkeiten bei hoher Beschleunigung möglich, nachdem hier lediglich die Umlenkspiegel über die Galvanometer ausgelenkt werden müssen, wodurch sich kleine Massenbewegungen ergeben. Auch ist im Falle der vorliegenden Erfindung der Aufwand, der für den mechanischen Aufbau des Schneidsystems getrieben werden muß, geringer als beim Stand der Technik, da beim Stand der Technik vergleichsweise hohe Massen bewegt werden müssen und somit in aufwendiger Weise für einen schwingungsfreien Aufbau Sorge getragen werden muß, der die entsprechenden Kräfte aufnimmt.

Weiterhin vorteilhaft ist es, daß im Falle der vorliegenden Erfindung das Textilmaterial von der Rolle geschnitten werden kann, wodurch sich, im Vergleich zu den Hochlagen-Cuttern, bei denen die Länge der Lagen durch die zum Legen der Lagen ver- wendete Legemaschine vorgegeben ist, durch eine mögliche Schachtelung der Schnitte eine optimale Ausnutzung des Stoffes ergibt.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist eine Schneid- anlage zum Schneiden von Textilien vorgesehen, die mindestens zwei erfindungsgemäße Schneidvorrichtungen aufweist, wobei für die mindestens zwei Schneidvorrichtungen eine gemeinsame Steu- ereinrichtung vorgesehen ist und die mindestens zwei Schneid- vorrichtungen so angeordnet und steuerbar sind, daß unmittel- bar benachbarte Bereiche der zu schneidenden Textilien ge- schnitten werden können. Hierdurch ergibt sich die Möglich- keit, in einem einzigen Arbeitsdurchgang Gewebebahnen größerer Breite zuzuschneiden, im Falle der Verwendung von zwei neben- einander angeordneten Schneidvorrichtungen beispielsweise ei- ner Breite von 300 cm, falls jede Schneidvorrichtung eine Ar- beitsbreite von 150 cm aufweist.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Be- schreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert sind. In der Zeichnung zeigen in halbschematischer Darstellung : Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung, Fig. 2 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Schneidan- lage mit zwei Schneidvorrichtungen, und Fig. 3 eine Seitenansicht der Schneidanlage gemäß Fig. 2.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die dort skiz- zi2rte Schneidvorrichtung ist insgesamt mit der Bezugsziffer 20 und der zu schneidende Textilstoff mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet. Die Schneidvorrichtung 20 umfaßt einen ortsfesten Laser 22, welcher einen Laserstrahl 24 erzeugt. Der Laser- strahl 24 durchläuft zunächst eine Aufweitoptik 26, in der der Laserstrahl 24 aufgeweitet wird. Der aufgeweitete Laserstrahl 24'wird sodann nacheinander an zwei Spiegeln 28,29 reflek- tiert, die den Laserstrahl dann auf den entsprechend einem vorgegebenen Schnittmuster zu schneidenden Textilstoff 30 richten.

Der Umlenkspiegel 28 ist in einer Ebene parallel zur Ebene des Textilstoffs 30 verschwenkbar und der Umlenkspiegel 29 ist in einer Ebene verschwenkbar, die senkrecht zur Ebene des Textil- stoffs 30 steht. Zum Verschwenken der Schwenkspiegel 28,29 sind diese jeweils mit einem Galvanometer-Scanner 32 bzw. 34 antriebsmäßig verbunden. Die Galvanometer-Scanner 32,34 wer- den über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung so gesteu- ert, daß der Laserstrahl 24'auf dem Textilstoff 30 den Schnitt gemäß einem vorgegebenen Schnittmuster erzeugt. Hierzu ist es erforderlich, daß der Laserstrahl 24,24'auf die Ebene des Textilstoffs 30 fokussiert ist. Um bei über den Textil- stoff wanderndem Laserstrahl unabhängig vom Winkel, den der sich bewegende Laserstrahl mit der Ebene des Textilstoffs 30 einnimmt, und daher unabhängig von der Länge des Laserstrahls 24'eine exakte Fokussierung des Laserstrahls auf der Ebene des Textilstoffs 30 zu bewerkstelligen, ist es erforderlich, den Laserstrahl laufend nachzufokussieren. Zu diesem Zweck ist die Aufweitoptik 26 mit einer variablen Brennweite ausgestat- tet, wobei die Linse 36 der Aufweitoptik 26 in Richtung des Laserstrahls motorisch verschiebbar ist ; die Steuerung der Linsenverschiebung zur Aufrechterhaltung einer exakten Fokus- sierung übernimmt die oben genannte, nicht dargestellte Steue- rung.

In Abhängigkeit von der Geometrie der Anordnung ergibt sich für den Laserstrahl ein Arbeitsbereich von etwa 200 mm x 200 mm bis etwa 1.500 mm x 1.500 mm. Mit einer Laserleistung im Bereich von etwa 500 Watt bis etwa 3.000 Watt kann beispiels- weise Airbagmaterial mit sehr hohen Geschwindigkeiten, das heißt mit Geschwindigkeiten bis etwa 7 m/sec geschnitten wer- den.

Es wird nun auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen, die eine Schneidanlage mit zwei Schneidvorrichtungen zeigen. Die Schneidanlage umfaßt eine Zuführstation 40, von der bandförmi- ges Textilstoffmaterial 42 von einer Vorratsrolle 44 abge- wickelt wird, eine Schneidstation 46, in der das bandförmige Material entsprechend dem vorgegebenen Schnittmuster mittels Laserstrahlen geschnitten wird und die mittels eines Strahl- schutzgehäuses 54 abgedeckt ist, sowie eine Entnahmestation 48, in der die zugeschnittenen Teile entnommen bzw. über ein Transportband oder einen Conveyor 52 abtransportiert werden.

Das bandförmige Textilmaterial 42 weist im Falle des Ausfüh- rungsbeispiels eine Breite von 3 m auf. In der Schneidstation 46 sind zwei'Laser-Schneidvorrichtungen nebeneinander angeord- net. Die aus den Laserquellen 22 austretenden Laserstrahlen treffen, nachdem sie die Aufweitoptik durchlaufen haben und nach Umlenkung über geeignete Spiegel, auf die jeweilige Scannereinrichtung 25, die jeweils die beiden Galvanometer- Scanner 32,34 samt Spiegel 28,29 umfaßt. Von hier aus werden die beiden Laserstrahlen in die Schnittebene 50 auf die Texti- lienbahn entsprechend dem vorgegebenen Muster umgelenkt, wobei sie in der Ebene 50 fokussiert sind. Wie aus Fig. 2 ersicht- lich, sind die beiden Scanneranordnungen 25 quer zur Stoffbahn 42 nebeneinander angeordnet und in der Lage, jeweils die halbe Breite der Bahn zu bearbeiten.

Der Transport der Gewebebahn durch die Schneidstation kann entweder schrittweise erfolgen, so daß bei ruhendem Gewebeband geschnitten wird, oder aber kontinuierlich, so daß die Gewebe- bahn im Durchlauf geschnitten wird. Im letzteren Fall ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise der Anlage.

Be-i dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Konturschnitte mit einer maximalen Breite von 3000 mm und mit einer praktisch unbegrenzten Länge möglich.

Auch bei kontinuierlichem Durchlauf der Gewebebahn sind Kon- turschnitte praktisch beliebiger Form ohne Größenbegrenzung, d. h. über die gesamte zur Verfügung stehende Breite möglich.