• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Eswird eine Mehrzahl von Schneidköpfenin einer einzigen Schneidbearbeitungszelle angegeben, wobei in einemSchneidkopf erzeugte Schwingungen von dem oder den anderen Schneidkopf(köpfen) isoliertwerden. Jeder Schneidkopf ist von einer gesonderten Tragkonstruktiongetragen, um die Übertragungvon Schwingungen von einem Schneidkopf auf den anderen zu verhindern.Die Zelle mit einer Mehrzahl von Laserköpfen umfaßt eine Reihe von Tragkonstruktionen,welche bezüglicheinander derart versetzt angeordnet sind, daß die Laser voneinander isoliertsind. Bei der bevorzugten Ausführungsformhat jeder Laserschneidkopf eine dynamisch vorprogrammierte Bearbeitungszone,um Kollisionen mit anderen Schneidköpfen zu verhindern. Das Steuersystemhat geeignete kommunizierende System, um die Bewegungen unter Einsatzder dynamischen vorprogrammierten Arbeitszonen zu koordinieren.Ferner haben die Laserschneidköpfevorzugsweise eine Mehrachssteuerung, beispielsweise eine Anordnungmit fünfgesteuerten Achsen.
    公开号:DE102004026151A1
    申请号:DE200410026151
    申请日:2004-05-28
    公开日:2004-12-16
    发明作者:Rickie Schadler
    申请人:Dana Inc；
    IPC主号:B23K26-10
    专利说明:
    [0001] DieErfindung befaßtsich allgemein mit einem neuartigen automatisierten Laser-Schneid/Schweißsystem,welches derart beschaffen und ausgelegt ist, daß man beispielsweise auf verbesserteWeise geschweißteoder geschnittene Werkstückeerhält,bei denen es sich um Kraftfahrzeug-Karosserieverkleidungen, Längsträgeranordnungenoder dergleichen handeln kann. Ferner bezieht sich die Erfindungauf eine Anlage und ein Verfahren zur Herstellung solcher Teile,bei denen eine verbesserte Laser-Schneid/Schweißeinrichtung zum Einsatz kommt.
    [0002] Bisherwurden Werkstücke,wie Karosserieverkleidungsteile oder Längsträger, zum Einsatz bei Kraftfahrzeugendadurch hergestellt, daß dasTeil entweder von einem einzigen Rohling eines duktilen Metallblechmaterials,einschließlichStahl, ausgestanzt oder gezogen wurde, oder daß man von einer Mehrzahl vonderartigen Ausgangsmaterialteilen ausging, die zuvor zusammengeschweißt wurden.
    [0003] DieKraftfahrzeugindustrie steht unter starkem Konkurrenzdruck unteranderem im Hinblick auf die Qualität, die Rohmaterialkosten unddie Herstellungszeiten, welche erforderlich sind, um ein Fahrzeugvollständigherzustellen und zu montieren. Um auf diesem Gebiet wettbewerbsfähig zu bleibenhaben die Hersteller ständigzunehmend Anstrengungen unternommen, nicht nur die Materialkosten dadurchzu senken, daß mandas Gewicht der Einzelteile reduziert, die Anzahl der Einzelteilereduziert und die Herstellungszeiten derselben reduziert, während zugleichdie hohen Qualitätsanforderungenaufrecht zu erhalten sind. Viele Neuentwicklungen auf diesem Gebietbefassen sich mit der Verbesserung und der Automatisierung von Routineaufgaben,wie das feste Miteinanderverbinden von unterschiedlichen Bauelementenund Fahrzeugteilen, wie zum Beispiel bei Fahrzeugkarosserieteilenwie Kotflügeln,Fensterteile, Kofferraumdeckel, Motorhauben, Fahrzeugtüren undanderen weiteren Komponenten.
    [0004] Bisherwurden mehrteilige Metallblechrohteile zu einem einzigen Werkstück zusammengeschweißt, bevordiesen durch Ausstanzen ihre endgültige Gestalt verliehen wurde.Diese Rohteile wurden mit Hilfe einer Vielzahl von unterschiedlichenBefestigungstechniken hergestellt, welche chemische Verfahrensweisen,Lichtbogenverbindungsmethoden und CO2/Nd:YagLaserschweißen,Nietverbindungen, Schraubverbindungen, Kaltumformverfahren und ähnlicheMethoden umfassen können.Von besonderem Interesse in den letzten Jahren ist der Einsatz voneinem effizienteren Laserschweißenunter Einsatz von CO2Nd:Yag-Lasern in automatisierten, numerischgesteuerten Herstellungsprozessen. Dieses Laserschweißen kanneingesetzt werden, um Metallblechrohteile an einer gemeinsamen Nahtmiteinander zu verbinden, bei der es sich beispielsweise um eine Überlappungsschweißnaht odereine Stumpfschweißnahthandeln kann. Stumpfschweißnähte werdenhäufigbevorzugt, da nur eine Naht geschweißt zu werden braucht, und zwarim Gegensatz zu einer Überlappungsschweißung, beider im allgemeinen zwei Nähtegeschweißtwerden müssen.
    [0005] Laserschweißmaschinender Bauart, mit der sich die vorliegende Erfindung befaßt, sindan sich bekannt. In der üblichstenForm weisen sie einen länglichenHauptrahmen auf, welcher aufrecht stehende, vorderseitige oder bedienungsseitigeund hintere oder trägerseitigeAbschnitte hat, die im wesentlichen parallel beabstandet zueinanderangeordnet sind, und dazwischen eine Schneidbearbeitungszone undeine Aufgabe/Abführungszonevorgesehen sind. Die paral lelen, aufrecht stehenden Hauptrahmenteilekönnenim allgemeinen derart beschrieben werden, daß sie sich in Richtung derX-Achse erstrecken, währenddie Y-Achse quer bzw. senkrecht zu diesen Hauptrahmenteilen verläuft, unddie Z-Achse vertikal hierzu ausgerichtet ist. Die Maschine ist mit einemPortal versehen, dessen Enden an aufrecht stehenden Rahmenteilenzur Bewegung längsder X-Achsrichtung angebracht sind. Das Portal trägt einenan einem Schlitten angebrachten Laserschneidkopf, welcher das Portalin der Y-Achsrichtungdurchlaufen kann. Die Bewegung des Portals in X-Achsrichtung unddie Bewegung des Laserkopfschlittens in die Y-Achsrichtung stellensicher, daß derLaserschneidkopf an irgendeiner beliebigen Stelle in der Schneidbearbeitungszoneder Maschine positioniert werden kann.
    [0006] CO2Yag-Laserschneidzellen, die heutzutage zurVerfügungstehen, weisen hauptsächlicheinen Schneidkopf auf. Auch gibt es einige Systeme, bei denen zweiSchneidköpfean einer einzigen Maschine vorgesehen sind. Wenn zwei Schneidköpfe an einereinzigen Maschine vorgesehen sind, treten Vibrationsprobleme bzw.Schwingungsprobleme auf, da die Start- und Anhaltemomente des einenSchneidkopfs Schwingungen bei dem anderen Schneidkopf verursachenund bewirken. Diese Vibrationen bzw. Schwingungen führen zuZacken oder Unregelmäßigkeitenan den Schneidstellen, die sich durch die Schwingungen des Schneidkopfsergeben.
    [0007] Beider Erfindung wird eine Mehrzahl von Schneidköpfen in einer einzigen Schneidzellevorgesehen, wobei die Schwingungen eines Schneidkopfes gegenüber denanderen Schneidköpfenisoliert sind.
    [0008] DieErfindung gibt eine Laserschneidzelle oder einen Laserschneidbearbeitungsarbeitsanordnungan, bei dem mehr als ein Schneidkopf vorgesehen ist, wobei jederSchneidkopf durch gesonderte Tragkonstruktionen abgestützt ist,um die Übertragungvon Schwingungen von einem Schneidkopf zum anderen zu verhindern.Die mit mehreren Laserköpfenausgestattete Zelle umfaßteine Reihe von Tragkonstruktionen, die ineinander liegen/übereinanderliegen zu einander angeordnet sind, so daß die Laser voneinander isoliertsind. Die X-Richtungsschienenund Laserführungensind in der Höheversetzt zueinander angeordnet.
    [0009] Beieiner bevorzugten Ausführungsform nachder Erfindung hat jeder Laserschneidkopf eine vorprogrammierte dynamischeArbeitszone, um Kollisionen mit anderen Schneidköpfen zu verhindern. Fernerhaben die Laserschneidköpfevorzugsweise eine Mehrachsbewegungssteuerung, beispielsweise Bewegungenin fünfgesteuerten Achsen.
    [0010] WeitereEinzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich ausder nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unterBezugnahme auf die beigefügteZeichnung. Darin gilt:
    [0011] 1 ist eine schematischeperspektivische Ansicht zur Verdeutlichung einer mit mehreren Schneidköpfen ausgerüsteten Zelle,einschließlich einerReihe von einseitigen Tragkonstruktionen, die versetzt zueinanderangeordnet sind; und
    [0012] 2 ist eine schematischeperspektivische Ansicht zur Verdeutlichung einer alternativen Ausführungsformeiner mit mehreren Laserköpfenausgestatteten Zelle, welche eine Reihe von zweiseitigen Tragkonstruktionenhat, die versetzt zueinander angeordnet sind.
    [0013] DieErfindung gibt eine zueinander angeordnete oder versetzt angeordneteReihe von Portaltragteilen an, die einen Laser und Laserabgabesystem haben,die an zugeordneten, numerisch gesteuerten Schlitten bzw. verfahrbarenEinrichtungen angebracht sind. Das Portal und die Schlittenanordnungensind derart ausgelegt und besitzen einer derartige Steifigkeit,daß sieeinen Hochleistungslaser tragen können, welcher in typischerWeise in der Automobilindustrie zum Einsatz kommt. Das Portal istmit einer Einrichtung zum schnellen Transportieren des Lasers unddes Laserabgabesystems im Portalbereich versehen, wodurch ermöglicht wird,daß das Laserabgabesystemeinen Laserstrahl auf irgendeine beliebige x-, y-, z-Koordinateinnerhalb der Bearbeitungszelle des Portals richten kann. Das Portal kanneine numerische Steuerungkonsole haben, über welche sich die Bewegungdes Schlittens und des Laserabgabesystems steuern lassen, so daß das Portalvorprogrammierte Herstellungsmethoden an den unterschiedlichen Werkstücken ausführen kann.
    [0014] UnterBezugnahme auf die Zeichnung und insbesondere auf 1 ist eine Reihe (d.h. drei sind in 1 gezeigt) von numerischgesteuerten Portalanordnungen gezeigt, welche, wie angegeben, X-,Y- und Z-Koordinaten haben. Die Portalanordnungen sind auf einereinzigen Seite entsprechend der nachstehenden Beschreibung abgestützt, unddie Anordnungen könnendurch ein üblichesnumerisches Steuerungssystem gesteuert werden, wie dies für den Fachmannan sich bekannt ist. Die Portalanordnungen haben jeweils einen x-Träger 10a, 10b, 10c, welchean einem zugeordneten Endträger 12a, 12b, 12c angebrachtsind, die jeweils mittels einer Mehrzahl von Stützpfosten 14a, 14b, 14c abgestützt sind, welchedie Endträger 12a, 12b, 12c unddie x-Träger 10a, 10b, 10c oberhalbeiner Bearbeitungsstelle 20 halten. Die Stützpfosten 14a, 14b, 14c,die x-Träger 10a, 10b, 10c unddie Endträger 12a, 12b, 12c sind auseinem hochsteifen Material mit so ausreichenden Abmessungen hergestellt,daß maneine starre Struktur erhält.
    [0015] Aufliegendim wesentlichen senkrecht auf den x-Trägern 10y, 10b, 10c sindzugeordnete Y-Rahmen 16a, 16b, 16c vorgesehen.Die Y-Rahmen 16a, 16b, 16c haben zugeordneteX-Antriebseinrichtungen (nicht gezeigt), welche die Y-Rahmen 16a, 16b, 16c unabhängig längs derX-Achse der Portalanordnungen bewegen. Die X-Achsantriebseinrichtungkann von einem Zahnstangentrieb nach 1 gebildetwerden, wobei elektrische Motoren Zahnräder längs Zahnstangen antreibendbewegen, welche längsAusnehmungen 'g' in den x-Trägern 10a, 10b, 10c angeordnetsind, oder der Antrieb kann auch auf eine andere an sich bekannteArt und Weise erfolgen, wenn die weiteren Gesichtspunkte nach derErfindung gemäß der nachstehendenBeschreibung Berück sichtigungfinden. Die X-Achsantriebseinrichtungen und die zugeordnete Steuerungstellen eine genaue Positionierung der Y-Rahmen 16a, 16b, 16c bereit,da diese sich unabhängiglängs derX-Achse der Portalanordnungen bewegen.
    [0016] Beider alternativen bevorzugten Ausführungsform nach 2 umfaßt die mehrere Laserköpfe umfassendeBearbeitungszelle eine Reihe von zwei seitlichen Stützkonstruktionen,welche versetzt bezüglicheinander angeordnet sind, wobei die X-Achsantriebseinrichtungenvon einem Laufbandantriebssystem nach 2 gebildetwerden können, beidem Elektromotoren sich abwälzendbewegende Laufflächen 40 antreiben,welche sich längsLaufbahnen 50 bewegen, welche längs den x-Trägern 110a, 110b, 110c oderauf irgendeine andere an sich bekannte Art und Weise angeordnetsind, vorausgesetzt, daß dieweiteren Gesichtspunkte nach der Erfindung berücksichtigt werden.
    [0017] 2 zeigt eine Reihe (d.h.drei sind in 1 gezeigt)von numerisch gesteuerten Portalanordnungen, welche X-, Y- und Z-Koordinatenhaben. Die Portalanordnungen sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten entsprechendder nachstehenden Beschreibung abgestützt, und die Anordnungen können mitHilfe eines üblichennumerisch gesteuerten Systems gesteuert werden, welches für den Fachmann ansich bekannt ist. Die Portalanordnungen haben jeweils x-Träger 110y, 110b, 110c,welche an einem zugeordneten Endträger 112a, 112b, 112c angebrachtsind, welche jeweils mit Hilfe einer Mehrzahl von Stützpfosten 114a, 114b, 114c abgestützt sind, welchedie Endträger 112a, 112b, 112c unddie x-Träger 110a, 110b, 110c oberhalbeiner Bearbeitungsstelle 120 halten. Die Stützpfosten 114a, 114b, 114c, diex-Träger 110a, 110b, 110c unddie Endträger 112a, 112b, 112c sindaus einem hochsteifen Material mit so ausreichenden Abmessungenhergestellt, daß maneine starre Struktur erhält.
    [0018] Imwesentlichen senkrecht zu den x-Trägern 110a, 110b, 110c aufliegendsind zugeordnete Y-Rahmen 116a, 116b, 116c vorgesehen.Die Y-Rahmen 116a, 116b, 116c haben zugeordnetex-Antriebseinrichtungen, welche die Y-Rahmen 116a, 116b, 116c längs derX-Achse der Portalanordnungen unabhängig bewe gen. Die X-Achsantriebseinrichtungenund die zugeordnete Steuerung ermöglichen eine genaue Positionierungder Y-Rahmen 116a, 116b, 116c, wenn sichdiese unabhängiglängs denx-Achsportalanordnungen bewegen.
    [0019] DieX- und Y-Antriebseinrichtungen können mittelseiner üblichennumerischen Steuerungskonsole (nicht gezeigt) gesteuert werden,welche die Eingabe von Daten fürdie Elektromotore nach Maßgabe einesComputerprogramms gestattet, welches in der Konsole eingeladen ist.Die Kombination von Antriebseinrichtungen und Konsole ermöglicht,daß der Schlittenlängs einerbeliebigen Reihe von x-, y-Koordinaten in der von der Portalanordnunggebildeten Bearbeitungszelle 12, 120 nach Maßgabe vonInstruktionen nach dem Steuerprogramm positioniert werden kann,wie dies an sich bekannt ist.
    [0020] Andem Schlitten bzw. der Bewegungseinrichtung 30, 130 istein Lasersystem 40 angebracht. Das Laserabgabesystem lieferteinen Laserstrahl 42, welcher auf ein Werkstück (nichtgezeigt) gerichtet ist, welches in der Bearbeitungszelle 12, 120 angeordnetist. Das Laserabgabesystem nutzt in üblicher Weise eine Teleskopanordnung 35, 135,in welcher eine Spiegelanordnung untergebracht ist, die den Laserstrahl 42 voneiner Quelle auf den Bereich in der Bearbeitungszelle 12, 120 oderauf ein Lichtleiterkabel richtet. Das Laserabgabesystem ist auchmit dem Schlitten 30 verbunden. Der Laserkopf 40 kanneinen Laser in Form eines CO2-Lasers, einesNd:Yag-Lasers oder dergleichen haben.
    [0021] Ausder vorstehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß bei der Erfindung eine Mehrzahlvon Schneidköpfenin einer einzigen Schneidbearbeitungszelle angeordnet ist, wobeiSchwingungen, die von einem Schneidkopf erzeugt werden, von demanderen Schneidkopf oder den anderen Schneiköpfen isoliert werden. Die Laserschneidbearbeitungszelle hatmehr als einen Schneidkopf in der Zelle, wobei jeder Schneidkopfvon einer gesonderten Stützkonstruktiongetragen wird, um eine Schwingungsübertragung von dem einen Schneidkopfauf den anderen zu verhindern. Die Bearbeitungszelle mit mehreren Laserköpfen um faßt eineReihe von Tragkonstruktionen, welche bezüglich einander derart versetztangeordnet sind, daß dieLaser voneinander isoliert sind. Die x-Richtungsschienen und Laserführungensind höhenversetztangebracht. Insbesondere hat gemäß der bevorzugtenAusführungsformjeder Laserschneidkopf eine dynamische vorprogrammierte Bearbeitungszone,um eine Kollision mit den anderen Schneidköpfen zu verhindern.
    [0022] Obgleichdie Erfindung an Hand von bevorzugten Ausführungsform erläutert wordenist, ist die Erfindung natürlichnicht auf die dort beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondernes sind zahlreiche Abänderungenund Modifikationen möglich,die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedankenzu verlassen.
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] Laserschweißvorrichtungzum Schweißenwenigstens eines Werkstücks,welches folgendes aufweist: eine Mehrzahl von Laserschweißköpfen (40),welche derart ausgestattet sind, daß sie beweglich individuelleLaserstrahlen jeweils auf einen Bereich des wenigstens einen Werkstücks richtenkönnen; individuelleTragkonstruktionen, welche gesondert eine jeweilige Mehrzahl vonLaserschweißköpfen in einereinzigen Bearbeitungszelle (12, 120) tragen, wobeidie einzelnen Tragkonstruktionen unabhängige Bewegungen der jeweiligenAnzahl von Laserschweißköpfen gestatten,und wobei die einzelnen Tragkonstruktionen bezüglich einanderversetzt angeordnet sind, so daß dieMehrzahl von Laserschweißköpfen ineiner einzigen Bearbeitungszelle (12, 120) positionierbarist.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß wenigstenseine der weiteren Tragkonstruktionen eine einseitige Tragkonstruktion ist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß diewenigstens einzelne Tragkonstruktion eine zweiseitige Tragkonstruktionist.
    [4] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß dieLaserschneidköpfe (40)eine fünfachsigeBewegungssteuerung haben.
    [5] Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß einSteuersystem vorgesehen ist, um eine Behinderung der jeweiligenMehrzahl von Laserschweißköpfen (40) untereinanderzu verhindern.
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2009-04-09| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: DANA AUTOMOTIVE SYSTEMS GROUP, LLC, TOLEDO, OH, US |
    2011-09-22| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: METALSA S.A. DE C.V., MX Free format text: FORMER OWNER: DANA AUTOMOTIVE SYSTEMS GROUP, LLC, TOLEDO, OHIO, US Effective date: 20110803 Owner name: METALSA S.A. DE C.V., MX Free format text: FORMER OWNER: DANA AUTOMOTIVE SYSTEMS GROUP, LLC, TOLEDO, US Effective date: 20110803 |
    2011-09-22| R082| Change of representative|Representative=s name: BERENDT UND KOLLEGEN, DE Effective date: 20110803 |
    2011-10-06| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110519 |
    2013-03-06| R016| Response to examination communication|
    2014-02-27| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20131203 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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