借助激光束加工非旋转对称的工件的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种方法，利用该方法可以借助激光束加工非旋转对称的工件，并且考虑到了在加工非旋转对称的工件时的特殊的技术要求。本发明还涉及一种用于借助激光束加工非旋转对称的工件的设备。
【背景技术】
[0002]由现有技术公开了借助激光束加工工件的解决方案，其中，在此仅示例性地列出文献US 6，335，508 BI。在该文献中说明了一种用于管的进给设备，其可以在借助激光束加工管时使用。旋转对称的管借助多个运输设备来保持并且沿着其纵轴线进行运输。管绕其纵轴线的额外的受控的旋转允许了管可以借助激光加工头以不同的切割引导部来加工。
[0003]如果要加工非旋转对称的工件，则对方法控制和用于激光加工的设备的设计提出了特殊要求。为了能够控制沿着预定的加工线进行的切割，除了位置外还必须已知工件的准确的空间取向。例如对于加工旋转对称的工件来说，工件的纵向中轴线处在特定的X-Y平面中就足够了，但在非旋转对称的工件的情况下，还必须已知其在X-Y平面中的定向(例如工件的前端或后端的定向)以及工件在Z方向上的取向。
[0004]此外，公知的是，在非旋转对称的工件上、例如在弯管(例如DE36 19 634 Al)上加工出记号，以便标记出稍后要安设在管上的对象的位置。在此，可以在借助弯曲机对管进行弯曲期间或在其之后加工出记号，只要管还处在弯曲机中并且因此准确地已知弯管的位置和空间取向。稍后再作记号仅当管在已知的路段长度上并且以已知的转动角进行运输，并且由此进一步地准确地已知非旋转对称的管(工件)的位置和空间取向的情况下才是可行的。在从弯曲机取出工件后，工件的空间取向以及进而例如加工线的位置和方向只能通过高成本的测量技术(例如3D扫描)来获知。工件的随后的进一步的加工因此需要对工件空间取向的高成本、耗时且计算复杂的测定，由此提高了用于加工单个工件所需的生产周期。
【发明内容】
[0005]本发明的任务在于，提出一种加工非旋转对称的工件的方案，其中，除了能实现低的测量技术成本之外，还能实现短的生产周期。
[0006]这个任务通过借助激光束来加工工件的设备来解决，该设备具有用于将工件进给到第一加工位置的进给装置；并且具有加工装置，其具有至少一个用于加工已进给到第一加工位置的工件的加工头。根据本发明的设备的特征在于，进给装置是带有抓取设备的抓取机器人，加工头能以至少三个自由度运动，并且带保持件的提供装置布置在进给装置的触及范围中，并且保持件的构造和规格以如下方式来选择，即，使至少一个保持在保持件中的工件以限定的空间取向和提供位置提供给进给装置，用于从保持件中取出。该设备的特征还在于，布置有至少一个用于容纳通过进给装置进给的工件的夹紧装置，其中，通过每个夹紧装置分别限定出一个加工位置，并且加工头可以进给到每个加工位置，用以对工件进行加工。
[0007]在本说明书中，工件一般性地理解为待加工的材料，例如像板材、管或型材这样的原材料，以及半成品和成品。
[0008]在一种简单的实施方案中，提供装置通过保持件的布置来形成，这些保持件以如下方式成形和布置，即，使工件仅能以唯一的空间取向置入到保持件中。因为保持件的位置是已知的，所以置入到保持件中的工件的空间取向和提供位置也是唯一确定的。
[0009]提供装置可以具有一定数量的可以同时保持多个工件的保持件。保持件也可以被设计成可以保持不同类型的工件。例如当由作为第一工件的半成品通过加工产生一个或多个第二工件，并且这些第二工件随后应当同样通过根据本发明的设备来加工时，后一种实施方案是有利的。
[0010]在另一实施方案中，保持件也可以被构造成能够保持不通过加工步骤彼此分开的工件。
[0011]加工头优选与加工装置的激光源形成连接，并且具有用于光束引导和光束成形的装置。加工头可以通过马达和控制机构受控地运动。在根据本发明的设备的另一实施方案中，加工头能够以最多6个自由度，亦即沿着笛卡尔坐标系的X轴、Y轴、Z轴运动，并且能够绕提到的轴转动。也就是说，加工头可以是能转动且能摆动的。
[0012]进给装置、特别是抓取设备优选能在6个自由度上受控地运动。
[0013]夹紧装置可以是任意的适用于保持工件的装置。夹紧装置例如可以是用于保持工件的夹盘、锥形容纳部或者其他力锁合的(kraftschlUssig)和/或形状锁合的(formschlussig)装置。在根据本发明的设备的其他实施方案中可以布置有多个夹紧装置。在一种优选的实施方案中，存在有两个夹紧装置。一个或多个夹紧装置可以是能旋转的，也就是说，夹紧的工件能绕夹紧装置的至少一个轴线旋转。
[0014]根据本说明书，加工位置被理解为如下区域，在该区域上可以通过加工头对工件进行加工。例如，对保持在夹紧装置中的工件的加工可以沿着工件的加工线进行。
[0015]第一加工位置优选通过抓取设备的限定的空间取向和位置给出。例如可以通过抓取设备来保持工件，该工件应当通过加工头沿着加工线进行加工，例如切断、穿孔、钻孔或塑形。这些加工线虽然可以与抓取设备相间隔(例如20cm至100cm)，但由于工件相对抓取设备的空间取向和位置是已知的，所以也准确地已知每条加工线的空间取向和位置。
[0016]因此，根据本发明的设备的优点是，可以取消测量技术装置，通过该测量技术装置例如可以在进给期间或者在加工位置处检测、控制并且在必要时校正工件的空间取向。
[0017]通过根据本发明的设备，有利的是为仅一个加工头提供至少两个不同的加工位置。由此，能够实现将加工头进给到一个加工位置，而通过进给装置将工件进给到另一加工位置。
[0018]在该设备的适宜的实施方案中，可以存在有输送装置，通过该输送装置运走加工好的工件。工件可以在设备之外被输送给后续的加工。但这些工件也可以通过该设备被再次提供给后续的加工。
[0019]在该设备的另一实施方案中，也可以存在有多个进给装置、加工装置或夹紧装置以及它们的组合。它们可以彼此并行地运行。但是它们也可以受控地相互作用，从而例如可以通过一个进给装置将工件进给给多个或者变化的夹紧装置，或者可以将一个加工头进给到变化的加工位置。由此，提高了设备的使用灵活度。
[0020]优选的是，存在有控制机构，通过该控制机构至少能操控进给装置和加工装置。适宜的是，进给装置和加工装置的运行状态彼此相协调，以便在更长的方法执行时间段内也能确保所有运动和方法步骤的保持不变地高的精确度。
[0021]根据本发明的设备可以用于借助激光束加工非旋转对称的工件。
[0022]此外，该任务还通过一种借助激光束加工非旋转对称工件的方法来解决。该方法包含下列步骤:
[0023]a)以限定的空间取向和提供位置提供半成品作为第一工件；
[0024]b)借助进给装置的抓取设备来抓握第一工件；
[0025]c)借助抓取设备将第一工件进给到第一加工位置，其中，第一工件在空间上保持自由；
[0026]d)将加工装置的加工头进给到第一加工位置并对第一工件进行加工，其中，可以多次执行步骤c)和步骤d)；
[0027]e)释放加工好的第一工件；
[0028]f)在限定的空间取向和提供位置中提供至少一个第二工件；
[0029]g)借助抓取设备抓握第二工件并且将第二工件进给到另一加工位置，其中，第二工件借助夹紧装置保持在另一加工位置处；
[0030]h)将加工头进给到另一加工位置并对第二工件进行加工