Cabezal de mecanizado por láser y procedimiento para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un haz de láser.

Cabezal de mecanizado por láser (10) para el mecanizado de una pieza de trabajo

(16) mediante un haz de láser (12), con:

- una carcasa (14), a través de la que se hace pasar una trayectoria de haz para el haz de láser (12) y que presenta una óptica de enfoque (18) para enfocar el haz de láser (12) sobre un punto de unión (42) de la pieza de trabajo a mecanizar (16),

- un dispositivo de corte óptico (30) colocado en la carcasa (14), con una fuente de luz (34) para producir una línea de luz (38) sobre la pieza de trabajo (16), que corta un punto a unir (48) a una distancia predeterminada (d) del punto de unión (42),

- una cámara (24) con un filtro pasabanda óptico (28) dispuesto en una trayectoria de haz de observación (22) delante de la cámara (24), presentando la fuente de luz (34) un máximo de radiación al menos local en la banda de paso de longitud de onda del filtro pasabanda (28), y el filtro pasabanda óptico (28) está configurado de tal manera, que el haz de láser (12) no se transmite, y reproduciendo la cámara (24) la línea de luz (38) en el punto a unir (48), así como la parte de la luz de proceso, que ha dejado pasar el filtro pasabanda (28), de un baño de soldadura (46) producido al incidir el haz de láser (12) sobre la pieza de trabajo (16) a mecanizar, en el punto de unión (42) a intervalos regulares, y

- una unidad de procesamiento (40) con una memoria (58) para recibir los datos de imagen grabados por la cámara (24), que está configurada para

-- determinar mediante el procesamiento de los datos de imagen recibidos, el punto de cruce (50) de la línea de luz (38) con el punto a unir (48),

-- memorizar los puntos de cruce (50) entre la línea de luz (38) y el punto a unir (48) como trayectoria objetivo (60) en la memoria (58), y caracterizado por que la unidad de procesamiento está configurada para determinar mediante el procesamiento de imágenes el punto central del baño de soldadura (46) en el punto de unión (42), y

-- determinar una distancia mínima entre la trayectoria objetivo (60) memorizada y el punto central del baño de soldadura actual.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/001196.

Solicitante: Precitec GmbH & CO. KG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Draisstrasse 1 76571 Gaggenau-Bad Rotenfels ALEMANIA.

Inventor/es: SCHÜRMANN,BERT.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte... > B23K26/04 (Alineación, apuntado o focalización automáticos del haz de rayos láser, p. ej. utilizando la luz difundida de vuelta)

PDF original: ES-2535683_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Cabezal de mecanizado por láser y procedimiento para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un haz de láser La invención se refiere a un cabezal de mecanizado por láser, así como a un procedimiento para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un haz de láser, en particular para la unión mediante soldadura o soldadura indirecta.

Con la ayuda de un cabezal de mecanizado por láser puede mecanizarse una pieza de trabajo utilizando un haz de láser, pudiéndose llevar a cabo por ejemplo, trabajos de soldadura o de soldadura indirecta para unir una separación en una pieza de trabajo o entre dos piezas de trabajo. En este caso, el haz de láser debe incidir en la separación a unir, es decir, en la junta de las partes de la junta a unir. Para este propósito, se utilizan sistemas de seguimiento de línea, que se basan por ejemplo, en sensores de triangulación.

En estos sistemas, se utiliza un dispositivo de corte óptico durante un proceso de soldadura, que está colocado en un cabezal de mecanizado por láser. En este caso, el dispositivo de corte óptico proyecta un abanico de luz mediante un haz de láser sobre la pieza de trabajo, para producir sobre ella una línea de luz. En este procedimiento se determina la posición de la junta de soldadura anteriormente mediante técnica de medición. Con el fin de comprobar si, de hecho, se ha producido una soldadura y la línea de soldeo se encuentra en el lugar correcto, se compara la posición determinada anteriormente de la junta de soldadura con la ubicación de la línea de soldeo, que se determina con una segunda cámara con la ayuda de una segunda línea de luz. La segunda línea de luz sigue en este caso al punto de unión, es decir, el punto de incidencia del haz de láser sobre la pieza de trabajo. Un sistema de este tipo se describe por ejemplo, en el documento EP 0 770 445 A2.

En este procedimiento, la segunda línea de luz para la detección mediante técnica de medición de la línea de soldeo, se dispone unos pocos milímetros por detrás del Tool-Center-Point, punto central de la herramienta (TCP por sus siglas en inglés) , es decir, en el punto de incidencia del haz de láser sobre la pieza de trabajo. En este caso se producen en particular, en el caso de transcursos de línea de soldeo similares a curvas, movimientos de giro, mediante los cuales los radios de curva mínimos están limitados por la distancia entre la línea de luz anterior y posterior, ya que los campos de visión de las cámaras, que detectan la línea de luz, también están limitados. Dependiendo del transcurso de la curva o de la distancia entre las líneas de luz, los movimientos de giro de la línea de luz anterior y posterior son diferentes, es decir, no pueden superarse con un eje de giro.

Por el documento DE 10 2006 049 627 A1 se conoce un procedimiento y un dispositivo para la colocación precisa de una herramienta con una instalación de manejo. En este procedimiento se evalúa una separación a ser reconocida en la dirección de movimiento delante de un punto de mecanizado con una junta a tope de dos piezas de trabajo a soldar para la detección de un recorrido de movimiento prefijado, llevándose a cabo para ello una evaluación de la imagen en gris de las imágenes capturadas por una cámara con luz reflejada para la detección de la posición del contorno. La instalación de manejo recorre entonces los contornos a seguir dentro del rango de medición de un sensor, que determina el movimiento real del punto de incidencia del haz de láser sobre la pieza de trabajo, modificándose mediante un actuador para la colocación precisa conectado entre la instalación de manejo y el cabezal de mecanizado por láser, el punto de incidencia del haz de láser correspondientemente, para compensar desviaciones en el recorrido de movimiento prefijado de la instalación de manejo.

El documento EP 0 707 920 B1 describe un cabezal de mecanizado por láser compacto para el mecanizado de materiales por láser con control de recorrido en línea integrado. En el caso de este cabezal de mecanizado por láser se trasladan datos reales de recorrido a un control CNC para la realización de detecciones geométricas y/o al seguimiento de contorno y se suministran al mismo tiempo a una unidad de procesamiento. La unidad de procesamiento compara los datos reales del recorrido con los datos prefijados del recorrido de una memoria de protocolo, habiéndose determinado anteriormente los datos prefijados del recorrido con la ayuda de una pieza maestra. Con la ayuda de la unidad de procesamiento, se emite en caso de una desviación predeterminable una señal de error a un control de la instalación, cuando los datos reales del recorrido se desvían de los datos de recorrido prefijados más allá de la medida predeterminada. Para lograr una capacidad de 3D completa, hay alojado de manera giratoria a razón de al menos 360º , un sensor para la detección de la geometría y/o para el seguimiento del contorno.

Por el documento DE 10 2006 004 919 A1 se conoce un cabezal de soldadura por haz de láser que está dotado para la soldadura de piezas metálicas, de al menos una trayectoria de haz para una trayectoria de soldadura, y de medios para la detección óptica de la posición de la línea de soldeo en una primera posición de medición. Los medios para la detección óptica de la línea de soldeo permiten una disposición de la primera posición de medición en la dirección de soldadura antes de la posición de soldadura del haz de soldadura y generan en función de una desviación lateral de la línea de soldeo de una posición de referencia, una señal de corrección para corregir la posición de soldadura del haz de soldadura. La distancia entre la primera posición de medición antes de la posición de soldadura del haz de soldadura, se elige de tal manera, que la señal de corrección generada puede utilizarse directamente, en particular, sin cálculo anterior mediante el control de medios utilizados para corregir la posición de soldadura del haz de soldadura.

Por el documento DE 198 52 302 A1 se conoce un cabezal de soldadura por haz de láser con las características del preámbulo de la reivindicación 1, produciéndose una medición de la geometría de la pieza de trabajo antes del punto de soldadura y una medición del baño de soldadura.

La invención se basa por lo tanto en la tarea de proporcionar un cabezal de mecanizado por láser, así como un procedimiento para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un haz de láser, mediante el cual pueden unirse de manera sencilla y supervisarse juntas con pequeños radios de curvatura de partes a unir mediante soldadura o soldadura indirecta.

Esta tarea se soluciona mediante el cabezal de mecanizado por láser según la reivindicación 1, así como mediante el procedimiento para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un haz de láser según la reivindicación 14. En las reivindicaciones dependientes se establecen configuraciones y perfeccionamientos ventajosos de la invención.

Según la invención, se proporciona un cabezal de mecanizado por láser para mecanizar una pieza de trabajo mediante un haz de láser, con un carcasa, a través de la cual se hace pasar una trayectoria de haz para el haz de láser y que presenta una óptica de enfoque para enfocar el haz de láser sobre un lugar de unión de la pieza de trabajo a mecanizar, un dispositivo de corte óptico colocado en la carcasa, con una fuente de luz para generar una línea de luz sobre la pieza de trabajo, que corta un punto a unir a una distancia predeterminada, una cámara con un filtro pasabanda óptico dispuesto delante de la cámara en una trayectoria de haz de observación, presentando la fuente de luz un máximo de irradiación al menos local en la banda de paso de la longitud de onda del filtro... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Cabezal de mecanizado por láser (10) para el mecanizado de una pieza de trabajo (16) mediante un haz de láser (12) , con:

-una carcasa (14) , a través de la que se hace pasar una trayectoria de haz para el haz de láser (12) y que presenta una óptica de enfoque (18) para enfocar el haz de láser (12) sobre un punto de unión (42) de la pieza de trabajo a mecanizar (16) , -un dispositivo de corte óptico (30) colocado en la carcasa (14) , con una fuente de luz (34) para producir una línea de luz (38) sobre la pieza de trabajo (16) , que corta un punto a unir (48) a una distancia predeterminada (d) del punto de unión (42) , -una cámara (24) con un filtro pasabanda óptico (28) dispuesto en una trayectoria de haz de observación (22) delante de la cámara (24) , presentando la fuente de luz (34) un máximo de radiación al menos local en la banda de paso de longitud de onda del filtro pasabanda (28) , y el filtro pasabanda óptico (28) está configurado de tal manera, que el haz de láser (12) no se transmite, y reproduciendo la cámara (24) la línea de luz (38) en el punto a unir (48) , así como la parte de la luz de proceso, que ha dejado pasar el filtro pasabanda (28) , de un baño de soldadura (46) producido al incidir el haz de láser (12) sobre la pieza de trabajo (16) a mecanizar, en el punto de unión (42) a intervalos regulares, y -una unidad de procesamiento (40) con una memoria (58) para recibir los datos de imagen grabados por la cámara (24) , que está configurada para --determinar mediante el procesamiento de los datos de imagen recibidos, el punto de cruce (50) de la línea de luz (38) con el punto a unir (48) , --memorizar los puntos de cruce (50) entre la línea de luz (38) y el punto a unir (48) como trayectoria objetivo (60) en la memoria (58) , y caracterizado por que la unidad de procesamiento está configurada para determinar mediante el procesamiento de imágenes el punto central del baño de soldadura (46) en el punto de unión (42) , y --determinar una distancia mínima entre la trayectoria objetivo (60) memorizada y el punto central del baño de soldadura actual.

2. Cabezal de mecanizado por láser (10) según la reivindicación 1, caracterizado por que el filtro pasabanda óptico (28) es un filtro de interferencia, en particular un filtro de Fabr y -Perot.

3. Cabezal de mecanizado por láser (10) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el filtro pasabanda óptico (28) presenta una banda de paso de longitud de onda cuya anchura de valor medio es preferiblemente inferior a 50 nm, de manera particularmente preferida inferior a 20 nm, y en particular inferior a 10 nm.

4. Cabezal de mecanizado por láser (10) según una de las reivindicaciones anteriores, además con:

- un comparador (64) , que está configurado para emitir un mensaje de error cuando se supera la distancia 35 mínima entre la trayectoria objetivo (60) y el punto central de la soldadura actual a razón de un valor de distancia predeterminado.

5. Cabezal de mecanizado por láser (10) según una de las reivindicaciones anteriores, además con:

- un actuador (41) que está configurado para regular hacia cero la distancia mínima entre la trayectoria objetivo (60) y el punto central de la soldadura actual mediante el movimiento del haz de láser (12) transversalmente con respecto a una dirección de movimiento del cabezal de mecanizado por láser (10) a razón de una distancia de regulación (a) .

6. Cabezal de mecanizado por láser (10) según la reivindicación 5, caracterizado por que el actuador (41) está configurado para mover el haz de láser (12) perpendicularmente con respecto a la dirección de movimiento a razón de la distancia de regulación (a) .

7. Cabezal de mecanizado por láser (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la cámara (24) comprende un dispositivo de grabación de imágenes, que está configurado para el procesamiento de los datos de las imágenes mediante un procedimiento de HDR.

8. Cabezal de mecanizado por láser (10) según una de las reivindicaciones anteriores, además con un divisor de haz

(20) mediante el cual puede acoplarse una trayectoria de haz de observación (22) de la cámara (24) coaxialmente 50 en la trayectoria del haz de láser.

9. Cabezal de mecanizado por láser (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de corte óptico (30) está configurado para producir mediante la fuente de luz (34) un abanico de luz (36) que incide de manera oblicua con respecto al eje óptico (L) del haz de láser (12) sobre la pieza de trabajo (16) a mecanizar, de modo que se produce una línea de luz (38) sobre la pieza de trabajo (16) , y puede determinarse una 5

distancia entre la óptica de enfoque (18) y la pieza de trabajo (16) mediante triangulación.

10. Cabezal de mecanizado por láser (10) según la reivindicación 9, caracterizado por que la línea de luz (38) proyectada sobre la pieza de trabajo (16) es recta y transcurre perpendicularmente con respecto a la dirección de movimiento del cabezal de mecanizado láser (10) .

11. Cabezal de mecanizado por láser (10) según la reivindicación 9, caracterizado por que la línea de luz (38) proyectada sobre la pieza de trabajo (16) transcurre de manera circular alrededor del punto de incidencia del haz de láser (12) sobre la pieza de trabajo (16) .

12. Cabezal de mecanizado por láser (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fuente de luz (34) es un láser, particularmente un láser semiconductor.

13. Dispositivo robótico con un cabezal de mecanizado por láser (10) según una de las reivindicaciones anteriores, que está configurado para mover de tal manera el cabezal de mecanizado por láser (10) , que el punto central de la soldadura se guía a lo largo de la trayectoria objetivo (60) , ajustándose de tal manera la dirección de movimiento actual del haz de láser (12) que incide sobre la pieza de trabajo (16) , que ésta se aleja tangencialmente con respecto a la trayectoria objetivo (60) , del punto central de la soldadura actual.

14. Procedimiento para el mecanizado de una pieza de trabajo (16) mediante un cabezal de mecanizado por láser

(10) según una de las reivindicaciones anteriores, mediante un haz de láser (12) , con los pasos:

- producir una línea de luz (38) sobre la pieza de trabajo (16) , que corta un punto a unir (48) a una distancia predeterminada (d) antes de un punto de unión (42) , -reproducir la línea de luz (38) en el punto a unir (48) y un baño de soldadura (46) producido por la incidencia del haz de láser (12) sobre la pieza de trabajo (16) en el punto de unión (42) a intervalos de tiempo regulares mediante la cámara (24) , y -procesar los datos de imágenes producidos por la cámara (24) con los pasos --determinar un punto de cruce (50) de la línea de luz (38) con el punto a unir (48) , así como el punto central del baño de soldadura (46) , --memorizar los puntos de cruce (50) determinados en los diferentes momentos como trayectoria objetivo (60) en una memoria (58) , y --determinar una distancia mínima entre la trayectoria objetivo (60) y el punto central del baño de soldadura actual.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, además con el paso de la regulación de la distancia mínima entre la trayectoria objetivo (60) y el punto central del baño de soldadura actual mediante el movimiento hacia cero del haz de láser (12) transversalmente con respecto a la dirección de movimiento del haz de láser (12) a razón de una distancia de regulación (a) .