用于工件的激光燒蝕和焊接方法與流程

本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的方法過程的用于工件、尤其板件的激光燒蝕和焊接方法，以及根據(jù)權(quán)利要求7的自動(dòng)的激光燒蝕和焊接設(shè)備。

背景技術(shù)：

在de102010060958a1的現(xiàn)有技術(shù)中已知以下設(shè)備，在所述設(shè)備中，將工件在激光的工作區(qū)域中進(jìn)行定位、定向并且然后進(jìn)行加工。通常這樣的關(guān)于所述工件的定向方面高度敏感的過程始終在專業(yè)化的工作站中以如下順序來實(shí)施，即每個(gè)加工步驟包括所述工件在夾緊裝置中的放入和定向。

在此不利的是，從一加工站中的取出、到新的加工站中的放入和定位以及然后用于加工的夾緊隨之帶來巨大的操作消耗（handhabungsaufwand），這顯著地降低加工站的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的任務(wù)是，對(duì)工件在激光加工站中的加工在其效率方面進(jìn)行改進(jìn)。

該任務(wù)通過用于對(duì)至少兩個(gè)工件進(jìn)行激光燒蝕的過程連同接著對(duì)至少兩個(gè)工件進(jìn)行激光焊接的、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法和根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備來解決。

有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中說明。

根據(jù)本發(fā)明的用于工件、尤其板件的激光燒蝕和焊接方法，包括以下方法步驟：

a.將至少兩個(gè)工件放入到夾緊單元中；

b.在第一位置中分別經(jīng)由第一夾緊器件在所述夾緊單元中夾緊所述工件；

c.將已夾緊的工件和夾緊所述工件的第一夾緊器件在第一燒蝕位置中定向；

d.借助于至少一個(gè)激光頭燒蝕至少一個(gè)已夾緊的工件的至少一個(gè)接合邊緣；

e.在所述第一位置中經(jīng)由第二夾緊器件將所述至少兩個(gè)工件中的第一工件夾緊并且將在所述至少兩個(gè)工件中的第一工件處的第一夾緊器件松開；

f.將所述第一夾緊器件朝在所述第一工件處的接合邊緣的方向移置；

g.經(jīng)由所述第一夾緊器件夾緊所述第一工件，松開所述第二夾緊器件并且將所述第一工件和所述第一夾緊器件在接合位置中定向；

h.在所述第一位置中經(jīng)由第二夾緊器件將所述至少兩個(gè)工件中的第二工件夾緊并且將在所述至少兩個(gè)工件中的第二工件處的第一夾緊器件松開；

i.將所述第一夾緊器件朝在所述第二工件處的所述/一個(gè)接合邊緣的方向移置；

j.經(jīng)由所述第一夾緊器件夾緊所述第二工件，松開所述第二夾緊器件并且將所述第二工件和所述第一夾緊器件在所述/一個(gè)接合位置中定向；

k.將所述工件在相應(yīng)的接合邊緣處進(jìn)行連接、尤其激光焊接；

l.松開所述夾緊器件并且將所接合的工件遞交到運(yùn)輸單元處。

重要的是，即使當(dāng)進(jìn)行多個(gè)加工步驟時(shí)，所述工件也從來不必從所述夾緊器件中取出，從而幾乎完全省去關(guān)于所述工件的操作的消耗。

在將至少兩個(gè)工件首次放入到夾緊單元中之后，所述工件保留在所述夾緊單元中直至在加工之后來取出。在加工循環(huán)中僅進(jìn)行已夾緊的工件的受控的和界定的重新定位和定向，而無需取出。

借助于激光進(jìn)行的燒蝕和焊接的加工步驟對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員而言充分已知。出于完整性的考慮要闡述的是，通過以優(yōu)選脈沖的激光輻射的照射（beschuss）將材料從表面的去除被稱為激光燒蝕、也被稱為激光汽化。在此所應(yīng)用的具有高功率密度的激光輻射引起在表面處的迅速加熱，由此去除材料。借助于激光的焊接是如下焊接方法，即在其中，用于連接所述工件的所需的能量借助于激光來提供。

在所述方法的有利的改進(jìn)方案中設(shè)置成，在放入之前通過從第一機(jī)器人經(jīng)由定位裝置到第二機(jī)器人上的遞交來實(shí)施自動(dòng)化的預(yù)定位步驟。

所述預(yù)定位或預(yù)分揀（vorkommissionierung）實(shí)現(xiàn)將相同的或不同的坯件以提高的精度放入到所述夾緊單元中、尤其通過帶有用于至少兩個(gè)工件的單個(gè)的操作儀器（例如抽吸頭）的放入機(jī)器人。由此第一定向步驟b）變得簡(jiǎn)單并且能夠較快地實(shí)施。

此外優(yōu)選地，在方法步驟c）、g）或j）中的至少一個(gè)定向通過在相應(yīng)第一夾緊裝置的相應(yīng)的掛上部的隨后的夾持的固定的情況下使所述工件浮動(dòng)過來（anschwimmen）到止擋部或類似物處來進(jìn)行。

用于對(duì)所述已夾緊的工件進(jìn)行定位的浮動(dòng)過來在沒有預(yù)設(shè)界定的線性運(yùn)動(dòng)軸線的情況下通過所述工件在水平平面中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行。所述工件浮動(dòng)地、即圍繞垂直于所述平面的軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)或可擺動(dòng)地靠近止擋部，直至進(jìn)行在至少兩個(gè)點(diǎn)處的接觸和由此工件邊緣在所述平面中的界定的定向。之后所述夾緊裝置通過其掛上部而固定在該位置中，從而在所述平面中進(jìn)行并且確保精確的定位。

此外優(yōu)選設(shè)置成，在方法步驟d）中的燒蝕經(jīng)由至少兩個(gè)激光頭來實(shí)施，其中，優(yōu)選一個(gè)激光頭布置在工件上側(cè)上并且一個(gè)激光頭布置在工件下側(cè)上。

由板件區(qū)段構(gòu)成的、通常面型的工件、所謂的“坯料（blanks）”應(yīng)該在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下通過焊接來相互連接。為此在所述方法中將接合邊緣、即用于構(gòu)造連接的邊緣通過燒蝕來進(jìn)行預(yù)處理。所述工件上側(cè)和所述工件下側(cè)在此能夠理解為所述工件的面。通常所述下側(cè)至少部分地與所述第一夾緊器件處于接觸中，而所述上側(cè)優(yōu)選是空著的。

各利用在所述工件上側(cè)和在所述工件下側(cè)上的激光頭的加工實(shí)現(xiàn)提高的加工速度并且從上向下以與待加工的接合邊緣的精密的定向來避免所述激光頭的消耗的重新定位。

在該加工的情況下，此外有利的是，所述激光頭相繼地在環(huán)繞的軌道上駛過（abfahren）所述工件的接合邊緣，其中，尤其在任意時(shí)間點(diǎn)都不發(fā)生所述激光頭在工件上側(cè)和工件下側(cè)上的直接的對(duì)置。

通過所述激光頭在環(huán)繞的、處于所述工件的加工平面中的軌道上的相繼的運(yùn)動(dòng)來避免，所述激光頭互相影響，尤其一個(gè)激光頭的激光射線碰到另一激光頭并且可能在此損傷該另一激光頭。也避免由于以激光輻射的超負(fù)荷所引起的對(duì)所述工件自身的影響。

此外優(yōu)選設(shè)置成，在方法步驟d）與e）之間進(jìn)行所述接合邊緣的自動(dòng)的清潔、尤其刷光或拋光。

通過燒蝕加工的邊緣的清潔為另外的加工提供優(yōu)點(diǎn)。尤其，當(dāng)借助于刷光或拋光來改進(jìn)所述接合邊緣的品質(zhì)（güte）時(shí)，則在此能夠持久地去除在接合邊緣區(qū)域中的污物或所去除的材料的殘留物。

根據(jù)本發(fā)明，也公開用于接合至少兩個(gè)工件、尤其兩個(gè)板件的自動(dòng)的激光燒蝕和焊接設(shè)備，其中，所述燒蝕和焊接設(shè)備包括至少一個(gè)夾緊單元、第一定位站、燒蝕站、第二定位站和焊接站。所述激光燒蝕和焊接設(shè)備的特征在于，所述至少兩個(gè)工件在唯一的夾緊單元中被燒蝕、接合和焊接。

本發(fā)明提供以下優(yōu)點(diǎn)，即避免加工步驟的操作和重新夾緊，由此縮短加工時(shí)間并由此提高效率。

在所述燒蝕和焊接設(shè)備的優(yōu)選的實(shí)施方案中設(shè)置成，包括帶有多個(gè)夾緊單元的轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)，其中，所述夾緊單元能夠經(jīng)由所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)從位置運(yùn)動(dòng)到位置。

所述夾緊單元在轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上的布置允許，所述方法的每個(gè)節(jié)拍相繼地循環(huán)地（umlaufend）執(zhí)行，并且所述夾緊單元連同已夾緊的工件通過以加工生產(chǎn)線或加工線的形式相繼不同的加工站。

在此特別有利的是，所述夾緊單元包括每工件至少一個(gè)夾緊磁體。

經(jīng)由夾緊磁體能夠使以板件或類似物的形式的工件精密地固定、定位和松開，而不必使機(jī)械夾持裝置與工件輪廓相匹配。

一種擴(kuò)展的實(shí)施方案設(shè)置成，每工件至少一個(gè)夾緊磁體能夠浮動(dòng)布置地在所述夾緊單元中運(yùn)動(dòng)并且能夠經(jīng)由固定器件、尤其夾持裝置固定在浮動(dòng)過來的位置中。

以該方式能夠使所述夾緊和上述到所述定位器件處的浮動(dòng)過來較容易地實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閮H必須實(shí)施磁體頭在一個(gè)平面中的浮動(dòng)的運(yùn)動(dòng)、尤其通過兩個(gè)平行的、卻不同步的彼此間隔開的、用于所述夾緊磁體的進(jìn)給軸的增量的運(yùn)動(dòng)。

能夠補(bǔ)充性地闡述的是，不僅所述第一夾緊器件而且所述第二夾緊器件能夠?qū)嵤閵A緊磁體。在實(shí)踐中已證實(shí)的是，能夠?qū)⑺龅谝粖A緊器件構(gòu)造為夾緊磁體并且將所述第二夾緊器件構(gòu)造為力配合的夾緊夾持裝置這一事實(shí)呈現(xiàn)出優(yōu)選的經(jīng)濟(jì)的且最有效率的解決方案。

附圖說明

下面應(yīng)該根據(jù)示意性的實(shí)施例闡釋本發(fā)明。然而本發(fā)明不局限于所示出的實(shí)施方式。

其中：

圖1a：以俯視圖示出燒蝕和焊接設(shè)備；

圖1b：示出燒蝕和焊接方法的流程圖；

圖2a：示出夾緊單元的示意性圖示；

圖2b：示出帶有工件的夾緊單元的示意性圖示；

圖3a：示出所述激光頭在燒蝕步驟中的運(yùn)動(dòng)的示意性圖示；

圖3b：示出沿在所述燒蝕步驟中的激光頭的縱向方向的示意性圖示；

圖4：示出從燒蝕位置到接合位置中的定向的流程。

具體實(shí)施方式

圖1a以透視的俯視圖詳細(xì)地示出根據(jù)本發(fā)明的激光燒蝕和焊接設(shè)備1。所述激光燒蝕和焊接設(shè)備1包括轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)2，所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)帶有在六個(gè)不同的加工位置i至vi處的總共六個(gè)布置的夾緊單元3。所述加工位置i至vi環(huán)繞地圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線4布置并且能夠在加工節(jié)拍中通過以60°的轉(zhuǎn)動(dòng)來彼此轉(zhuǎn)移。

在所述加工站ii、iii以及v處布置有線性橫梁10、11和12。在所述線性橫梁10上布置有激光燒蝕裝置13，所述激光燒蝕裝置通過在所述線性橫梁10上移位而能夠運(yùn)動(dòng)到在位置ii中的夾緊單元3的上方和下方的區(qū)域中，以便執(zhí)行所述激光燒蝕的加工步驟。

所述線性橫梁11承載加工頭用于通過刷光或拋光而進(jìn)行的清潔的可選的過程，其中，該過程也通過將所述加工頭14駛?cè)氲皆谒黾庸ふ緄ii中的夾緊單元3的區(qū)域中來進(jìn)行。

在所述站iv中布置有夾持保持件15，所述夾持保持件為了重新定位所述第一夾緊器件而將所述工件在所述加工站中在位置iv處的夾緊單元3上進(jìn)行固定，以便提供所述接合邊緣的定向以用于在位置v中的隨后的焊接過程。

在位置v處設(shè)置所述線性橫梁12，所述線性橫梁設(shè)計(jì)成以相應(yīng)的方式使激光焊接頭16能夠線性地運(yùn)動(dòng)到在所述位置v處的夾緊單元3的加工區(qū)域中并且能夠從所述加工區(qū)域中運(yùn)動(dòng)出來。

圖1b示意性地示出相應(yīng)于在根據(jù)圖1a的轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)2上的布置的、根據(jù)本發(fā)明的加工方法的流程。方法步驟a以及b和c在所述位置i中發(fā)生。然后通過轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)2將所述夾緊單元3轉(zhuǎn)移（weitergereicht）到所述位置ii中用于在所述燒蝕站13中進(jìn)行加工。在那實(shí)施方法步驟d。所述清潔的可選的方法步驟在位置iii中進(jìn)行，其中，如上所述，刷頭14在完成的燒蝕之后對(duì)所述接合邊緣進(jìn)行清潔、尤其拋光。所述刷頭或拋光單元的使用能夠或者從上方、從下方或者在兩側(cè)進(jìn)行。

在位置iv中進(jìn)行待相互焊接的工件的已處理的接合邊緣的重新夾緊和定向（接合），其中，實(shí)施方法步驟e至j。

通過所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)2進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)了60°使得所述夾緊單元3從所述位置iv轉(zhuǎn)移到所述位置v中，然后在所述位置v中借助于所述激光焊接頭16進(jìn)行焊接在接合位置中定向的工件。

在所述加工方法結(jié)束并且所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)2以所述夾緊單元3從所述焊接站v中進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)到取出位置vi中之后，使完成加工的、由兩個(gè)已相互焊接的工件構(gòu)成的板材供用于卸載。

圖2a示出夾緊單元20的示意性的圖示，所述夾緊單元20具有以夾緊磁體的形式的夾緊器件21、22。所述夾緊器件21、22能移位地布置在框架23、24上并且能夠經(jīng)由相應(yīng)兩個(gè)平行的、彼此間隔開的螺紋主軸（25、26和27、28）浮動(dòng)地彼此相向或彼此離開地運(yùn)動(dòng)。所述螺紋主軸（25至28）在此通過驅(qū)動(dòng)單元29、30如下地驅(qū)動(dòng)，使得保持在所述夾緊器件21、22上的工件（未示出）能夠彼此相向運(yùn)動(dòng)。為了精確地定位在第一燒蝕位置中，將帶有定位銷32的止擋部31沿方向33引入到帶有布置在所述夾緊器件21、22上的工件的夾緊器件21與22之間，從而通過使所述夾緊器件21、22經(jīng)由所述螺紋主軸25至28進(jìn)行運(yùn)動(dòng)而使所述工件的接合邊緣能夠浮動(dòng)地靠近所述定位銷32并被止擋。一旦到達(dá)所述第一燒蝕位置，則經(jīng)由閉鎖裝置40至43鎖定所述夾緊器件21、22的位置，從而在其他加工站（i至vi）中在所述夾緊單元20上對(duì)所述工件進(jìn)行另外的加工時(shí)所述定位保持不變，因?yàn)樗鰥A緊單元與所述工件保持連接直至所述加工結(jié)束為止。備選于或補(bǔ)充于閉鎖裝置，也存在有以下可行方案，即經(jīng)由所述驅(qū)動(dòng)單元29、30固定所述夾緊器件。

為了也能夠簡(jiǎn)單且精密地容納和操作大的工件，所述夾緊單元20具有支承器件45，所述支承器件當(dāng)前僅示例性地示出。

圖2b示出帶有布置的工件50、51的夾緊單元49的實(shí)施方式。所述夾緊磁體52、53保持所述工件并且浮動(dòng)地經(jīng)由驅(qū)動(dòng)器54、55相應(yīng)于上述實(shí)施方案地駛向到止擋銷56處并且被定位。所述工件50、51當(dāng)前縮短地示出，從而能夠看到支承部58。整個(gè)夾緊單元49支承在轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)60上。未示出的預(yù)定位步驟實(shí)現(xiàn)借助于唯一的機(jī)器人操作儀器、例如多軸機(jī)器人處的抽吸式抓取器來將所述工件50、51放入，從而已經(jīng)在所述預(yù)定位中進(jìn)行所述工件50、51的接合邊緣61、62的相對(duì)精密的定向。

出于完整性的考慮能夠闡述的是，替代所述螺紋主軸25至28也考慮其他裝置、例如線性調(diào)節(jié)器、氣動(dòng)或液壓調(diào)節(jié)器或其他的促動(dòng)器，其通過相應(yīng)的布置和固定實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明意義中的浮動(dòng)過來。尤其，使用氣動(dòng)缸能夠提供以下附加的優(yōu)點(diǎn)，即經(jīng)由氣動(dòng)的控制壓力能夠在浮動(dòng)過來時(shí)施加界定的力，以便在位置借助于閉鎖裝置被鎖定之前，盡可能精確地調(diào)整所述位置。

圖3a示出所述激光頭在所述燒蝕步驟中的運(yùn)動(dòng)的示意性的圖示，如其在權(quán)利要求4以及5中所述的那樣。兩個(gè)已在燒蝕位置中定向的工件80、81在它們的接合邊緣82、83處借助于第一激光頭84從它們的上側(cè)以及借助于第二激光頭85從它們的下側(cè)來加工。所述激光頭在此沿著以箭頭86、87、88以及89所說明的軌道相繼地駛過（ablaufen）所述接合邊緣82、83的輪廓，從而進(jìn)行所述燒蝕步驟，而所述激光頭在任一加工時(shí)間點(diǎn)上都不彼此對(duì)置。

圖3b示出沿所述激光頭84以及85的縱向方向的示意性的圖示，其中，所述激光頭84處在所述軌道86的端部處準(zhǔn)備好用于沿著所述軌道87進(jìn)行變動(dòng)并且所述激光頭85實(shí)行沿著所述軌道89的變動(dòng)。通過夾緊磁體90、91來保持所述工件80、81，其中，為了在所述接合邊緣82、83處利用所述激光頭84、85的加工的改進(jìn)的精密度而使一同引導(dǎo)的滾子對(duì)92、93以及94、95運(yùn)動(dòng)，以便使所述接合邊緣82、83精確地在它們的加工位置中保持在豎直的定向上。

圖4示出在根據(jù)按照本發(fā)明的方法的特征e）至j）的、所述第一夾緊器件的移置的七個(gè)步驟中的流程。

所述工件100以及101駛?cè)氲剿稣緄v中并且在該時(shí)間點(diǎn)利用以夾緊磁體形式的第一夾緊器件102以及103來保持。所述第二夾緊器件104以及105在該時(shí)間點(diǎn)被打開并且不施加夾緊力到所述工件100、101上。在引入到所述站iv中之后引入止擋部106。在所述流程的第二步驟中，在所述站iv中，所述第二夾緊器件104、105通過上方的夾緊顎（spannbacke）107對(duì)著下方的夾緊支座108的關(guān)閉而在所述第一工件100的區(qū)域中進(jìn)行關(guān)閉以及通過上方的夾緊顎109對(duì)著下方的夾緊支座110的關(guān)閉而在所述工件101的區(qū)域中進(jìn)行關(guān)閉。然后所述第一夾緊器件102以及103被松開并且沿著運(yùn)動(dòng)方向111以及112朝所述止擋部106運(yùn)動(dòng)。這能夠經(jīng)由之前已經(jīng)描述的、用于位置的浮動(dòng)過來的驅(qū)動(dòng)器來進(jìn)行。所述第二夾緊器件104以及105在此將所述工件100以及101保持在位置中。

在所述第一夾緊器件102以及103的運(yùn)動(dòng)結(jié)束之后在4號(hào)步驟中，在所述第一夾緊器件102、103將所述工件100、101又已經(jīng)可靠地夾緊之后（方式為，將所述夾緊磁體的磁場(chǎng)激活），松開所述第二夾緊器件104、105。然后在5號(hào)步驟中經(jīng)由所述夾緊器件103連同已夾緊的工件101的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行所述工件101到所述止擋部106處的首先駛向，以用于為了接著的焊接步驟而在接合位置中進(jìn)行定向。然后在6號(hào)步驟中移除所述止擋部106，之后在7號(hào)步驟中經(jīng)由所述第一夾緊器件102連同固定在其上的工件100的運(yùn)動(dòng)使該工件100以其接合邊緣113成止擋地駛向到所述第二工件101的接合邊緣114處。然后以已知的方式鎖止所述第一夾緊器件102以及103的位置并且將所述夾緊單元引入到所述激光加工站v中，由此能夠使所述工件100、101相互焊接。

在完成焊接之后，將所產(chǎn)生的已加工的工件轉(zhuǎn)移到所述位置vi中以用于卸載、例如通過卸載機(jī)器人，之后所述夾緊單元能夠?yàn)榱酥匦卵b載和首先定向而繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到所述位置i中。

所述第一和所述第二夾緊器件也能夠以不同于在實(shí)施例中所述那樣的方式來構(gòu)造。尤其，所述第二夾緊器件能夠由在所述站iv中的夾緊顎的固定的布置和例如以支承部45、58的形式的一同運(yùn)動(dòng)的夾緊支座來構(gòu)成。

附圖標(biāo)記列表

1設(shè)備

2轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)

3夾緊單元

10線性橫梁

11線性橫梁

12線性橫梁

13激光燒蝕裝置

14加工頭

15夾持保持件

16激光焊接頭

20夾緊單元

21夾緊器件

22夾緊器件

23框架

24框架

25-28螺紋主軸

29驅(qū)動(dòng)單元

30驅(qū)動(dòng)單元

32定位銷

33方向

40-43閉鎖裝置

45支承器件

49夾緊單元

50工件

51工件

52夾緊磁體

53夾緊磁體

54驅(qū)動(dòng)器

55驅(qū)動(dòng)器

60轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)

61接合邊緣

62接合邊緣

80工件

81工件

82接合邊緣

83接合邊緣

84激光頭

85激光頭

86-89軌道

90夾緊磁體

91夾緊磁體

92-95滾子對(duì)

100工件

101工件

102夾緊器件

103夾緊器件

104夾緊器件

105夾緊器件

106止擋部

107上方的夾緊顎

108下方的夾緊支座

109上方的夾緊顎

110下方的夾緊支座

111運(yùn)動(dòng)方向

112運(yùn)動(dòng)方向

113接合邊緣

114接合邊緣。