ES2306361T3 - Optica de mecanizado laser guiada de forma tactil. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el posicionamiento de un rayo láser respecto a la juntura en el mecanizado láser de materiales, comprendiendo el mismo un módulo de entrada de rayo (10), un módulo de rotación (20) provisto de un pasaje giratorio dispuesto en el eje del rayo, un módulo de desviación del rayo (30) con focalización del rayo (32), estando alojado el módulo de desviación del rayo (30) de forma giratoria mediante el módulo de rotación (20), así como un brazo palpador (40) táctil fijado en el módulo de desviación del rayo (30) mediante una guía lineal (41), palpando este brazo palpador por contacto mediante piezas de empalme (42) adecuadas la junta formada por las piezas a juntar, caracterizado porque el módulo de rotación (20) presenta al menos un acumulador elástico de energía (23, 24) para el posicionamiento exacto del rayo láser respecto a la juntura, con ayuda del cual, por un lado, una fuerza de retroceso actúa sobre el módulo de desviación del rayo (30) en caso de una desviación del módulo de desviación del rayo (30) de un ángulo a elegir libremente y, por otro lado, el módulo de desviación del rayo (30) es guiado siempre a una posición de reposo definida, en caso de ausencia de fuerzas exteriores sobre el brazo palpador (40).

Description

Óptica de mecanizado láser guiada de forma táctil.

La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para el posicionamiento exacto de un rayo láser respecto a la juntura en el mecanizado de materiales mediante un cabezal de mecanizado láser.

Debido a la extensión reducida del foco del rayo, en el mecanizado láser de materiales es especialmente importante el posicionamiento exacto del rayo respecto a la juntura para obtener resultados impecables en el proceso de juntar. Debido a las tolerancias de las piezas, por lo tanto, en muchos casos no es suficiente la precisión de la programación de la trayectoria de una óptica de mecanizado láser guiada por robot.

Existen varios planteamientos para superar este problema. Un planteamiento es el seguimiento activo de la óptica mediante un sensor de costura. Los datos de éste pueden ser procesados por el control del robot para la corrección de la posición del robot o la óptica de mecanizado láser propiamente dicha tiene al menos un eje adicional, que será mandado por los datos del sensor de costura. La ventaja de la solución indicada en último lugar está en la independencia del control del robot y puede ser integrada, por lo tanto, más fácilmente en sistemas existentes. En el caso del sensor de costura propiamente dicho, pueden aplicarse a su vez distintos conceptos. Por ejemplo, existen sensores de costura ópticos, que detectan la juntura mediante un proyector de líneas y representación en una cámara pudiendo calcular a partir de la misma la posición relativa o absoluta de la costura. Para una precisión elevada y una propensión a fallos reducida (p.ej., fallos por ensuciamiento de las piezas o de la cámara) deben invertirse, no obstante, costes muy elevados en los equipos ópticos y electrónicos. Además, se deben sumar los costes de los ejes adicionales con mando eléctrico que se necesitan eventualmente en la óptica de mecanizado láser. Otro planteamiento tiene el objetivo de determinar la línea de juntura directamente mediante un palpador mecánico que se adelante en la costura. Naturalmente, sólo es posible aplicar este procedimiento si existe una costura correspondiente, es decir, p.ej. en costuras de garganta, costuras de rebordear o también en uniones por solapa. Para que el palpador mecánico pueda seguir la línea de juntura, el palpador debe presentar los grados de libertad de movimiento correspondientes dispuestos en la dirección perpendicular respecto a la dirección de avance; además, el palpador debe apretarse con cierta fuerza en la costura, para que no se salga con demasiada facilidad de la juntura. Además, aún debe acoplarse el rayo láser al movimiento del palpador, lo cual se consigue de forma sencilla, p.ej., porque el palpador está realizado en forma de un brazo pendular, pasando el rayo por el eje de giro del mismo y siendo desviado por un espejo en dirección al brazo pendular. La desviación del palpador conduce posteriormente al giro del péndulo alrededor de un ángulo determinado. Al acoplar el espejo al giro del péndulo, el rayo sigue, por lo tanto, la desviación lateral del palpador. Puesto que las ópticas de mecanizado de este tipo se usan sobre todo para compensar la influencia de tolerancias, los movimientos de corrección correspondientes son relativamente pequeños. En particular en la dirección del eje del rayo láser, los cambios de posición de la línea de juntura son en muchos casos más pequeños que la longitud Rayleigh del rayo láser, por lo que en este caso puede renunciarse a un seguimiento de la posición del foco en la dirección del eje del rayo.

Al principio del proceso de mecanizado, la óptica debe posicionarse con un palpador mecánico de este tipo en la costura. Para permitirlo, en los cabezales ópticos de este tipo provistos de un eje adicional, el eje adicional está provisto de un accionamiento por motor, así como de un transductor de posición, para poder mandar el eje adicional y hacer pasar el palpador mecánico por lo tanto a una posición nominal específica, para que pueda "enclavar" a continuación en la costura. Con el accionamiento se puede ejercer también una fuerza lateral sobre el palpador, lo cual es ventajoso en el caso de costuras asimétricas.

No obstante, el equipamiento de cabezales ópticos de este tipo con un accionamiento eléctrico en el eje adicional integrado va unido a su vez a unos costes considerables. Estos costes son en muchos casos muy sobredimensionados, puesto que con la mayor parte de los cabezales en aplicaciones industriales se realiza durante meses o incluso años siempre la misma aplicación, por lo que, realmente no se necesita, p.ej., una posición nominal libremente programable del palpador. Debido al accionamiento eléctrico el cabezal óptico es más susceptible al desgaste, pero también se vuelve más grande y más pesado, lo cual puede tener efectos negativos en las propiedades dinámicas en el seguimiento del proceso.

El documento DE 196 15 069 describe, por ejemplo, un dispositivo para el mecanizado láser de materiales, en el que se consigue un guiado de la costura mediante seguimiento táctil de los cantos, palpándose el contorno de la costura con un palpador de medición, es decir, un palpador mecánico, pretensado mediante resorte, y un transductor de desplazamiento 2D acoplado al palpador de medición previamente al proceso de juntar. El seguimiento del foco del láser en la dirección del eje del rayo se realiza mediante un movimiento lineal y transversal respecto al eje del rayo mediante una inclinación de la óptica con ayuda de un accionamiento por motor, respectivamente.

A diferencia de ello, el dispositivo propuesto en el modelo de utilidad alemán G 87 13 471 no necesita accionamientos adicionales por motor. El seguimiento del rayo se realiza aquí mediante espejos giratorios de desviación, cuyo movimiento está acoplado directamente al palpador mecánico que detecta el contorno de la costura.

Finalmente, se describe un dispositivo en el documento DE 44 15 035, que también prevé un elemento que esté en contacto directo con la pieza y que esté acoplado directamente a la unidad de focalización del láser, siendo móvil el elemento de contacto junto con la unidad de focalización del láser en la dirección "z" e "y" y estando alojado el mismo de forma elástica. No obstante, el elemento que está en contacto con la pieza aquí no está previsto para el seguimiento de la costura sirviendo por lo contrario explícitamente como sujetador o elemento de apriete, para permitir una juntura sin rendija en uniones por solapa.

Los dispositivos conocidos tienen el inconveniente de necesitar accionamientos y controles muy costosos o de tener masas relativamente elevadas en su parte mecánicamente móvil, lo cual conlleva necesariamente fuerzas de apriete elevadas quedando muy limitada la dinámica del sistema. Además, sigue sin resolverse el problema de proveer el dispositivo con medios sencillos de una posición de reposo definida y reproducible, pero a pesar de ello ajustable.

Partiendo de este estado de la técnica, la invención tiene el objetivo de crear un procedimiento para el mecanizado láser de materiales, así como un cabezal de mecanizado láser, consiguiéndose con los mismos un posicionamiento exacto del rayo respecto a la juntura.

Según la invención está previsto un procedimiento con seguimiento táctil de la costura, que es sustancialmente más económico, más compacto y más robusto en comparación con los sistemas existentes.

Este objetivo se consigue mediante las características de las reivindicaciones independientes.

Se trata, por consiguiente, de un procedimiento para el posicionamiento de un rayo láser respecto a la juntura en el mecanizado láser de materiales, comprendiendo el mismo un módulo de entrada de rayo 10, un módulo de rotación 20 provisto de un pasaje giratorio dispuesto en el eje del rayo, un módulo de desviación del rayo 30 con focalización del rayo 32, estando alojado el módulo de desviación del rayo 30 de forma giratoria mediante el módulo de rotación 20, así como un brazo palpador 40 táctil fijado en el módulo de desviación del rayo 30 mediante una guía lineal 41, palpando este brazo palpador por contacto mediante piezas de empalme 42 adecuadas la junta formada por las piezas a juntar. Según la invención, aquí está previsto que el módulo de rotación 20 presente al menos un acumulador elástico de energía 23, 24 para el posicionamiento exacto del rayo láser respecto a la juntura, con ayuda del cual, por un lado, una fuerza de retroceso actúa sobre el módulo de desviación del rayo 30 en caso de una desviación del módulo de desviación del rayo 30 de un ángulo a elegir libremente y, por otro lado, el módulo de desviación del rayo 30 es guiado siempre a una posición de reposo definida en caso de ausencia de fuerzas exteriores sobre el brazo palpador 40.

Según la invención, también está previsto un dispositivo para la realización del procedimiento, representando el módulo de rotación 20 al menos un acumulador elástico de energía 23, 24, que en caso de una desviación del módulo de desviación del rayo de un ángulo a elegir libremente genera una fuerza de retroceso que actúa en la dirección opuesta a la desviación sobre el módulo de desviación del rayo, y que, en caso de ausencia de fuerzas exteriores, mantiene el módulo de desviación del rayo siempre en la misma posición de reposo definida.

El acumulador elástico de energía según la invención puede estar representado por una tensión de resorte o mediante cilindros neumáticos y se explicará más adelante con mayor detalle.

La pieza de empalme o el palpador con el que se palpa por contacto la junta formada por las piezas a juntar es preferiblemente un elemento en forma de barra, alambre o aguja, o un rodillo o una bola, o una pieza deslizante en V. También es preferible que el palpador sea, por así decirlo, una pieza moldeada sustancialmente cilíndrica, que en el lado palpador está formada por una pieza parcial más corta con un diámetro menor y en el lado del soporte por una pieza parcial más larga con un diámetro mayor, estando realizada la transición entre las piezas parciales cilíndricas en forma de cono. El palpador se usa, además, preferiblemente para la alimentación integrada de gas de proceso y presenta para este fin, por ejemplo, un taladro hueco.

En una realización alternativa, el taladro hueco para la alimentación de gas de proceso se encuentra en el soporte de la pieza de empalme palpadora. La pieza de empalme puede intercambiarse fácilmente en el brazo palpador gracias a casquillos roscados o casquillos por apriete o también gracias a un cierre a bayoneta. En la zona del soporte, el palpador está realizado de forma cilíndrica, el soporte presenta un taladro para el alojamiento de la parte cilíndrica del palpador y el palpador se fija en el talador mediante un estribo de apriete. Además, la pieza de empalme palpadora puede regularse o ajustarse en las tres direcciones espaciales respecto al foco del láser.

Entre la pieza de empalme 42 que palpa la línea de juntura y el rayo láser 35 está integrado un dispositivo de alimentación de alambre, pudiendo estar integrada la tobera de alimentación de alambre del dispositivo de alimentación de alambre en la pieza de empalme 42 o en el soporte de la pieza de empalme 42. El soporte para la tobera de alimentación de alambre y la pieza de empalme palpadora pueden estar fijados de forma aislada en el brazo palpador, estando aislado eléctricamente la pieza de empalme palpadora también respecto a su soporte. El aislamiento eléctrico está aplicado, dado el caso, en la pieza de empalme o sólo en la zona del soporte.

Es preferible que el alambre suplementario alimentado al proceso mediante el dispositivo de alimentación de alambre sirva el mismo como palpador de la línea de juntura.

Además, es preferible que la lente de focalización o el sistema de lentes de focalización del módulo de desviación del rayo estén alojados de forma móvil en la dirección del rayo. La unidad de lente de focalización desplazable está montada de tal forma en el módulo de desviación del rayo que la unidad de lente de focalización quede completamente envuelta por la carcasa del módulo de desviación del rayo de forma estanca al polvo y al gas.

Una configuración especial de la invención prevé que el brazo palpador táctil presente un tope de arrastre que engrana en la unidad de lente de focalización desplazable, por lo que la posición del foco es arrastrado en caso de un cambio de la distancia de la pieza por el movimiento del brazo palpador táctil. El pasaje necesario para el tope de arrastre por la carcasa del módulo de desviación del rayo queda obturado mediante un fuelle.

Un llamado sistema retrofoco, formado por un sistema de lentes que consta de varios grupos, permite la focalización del rayo láser en el módulo de desviación del rayo. El sistema retrofoco está configurado de tal forma que el rayo es colimado entre los dos sistemas de lentes con una potencia de lente positiva. Sólo la última lente del sistema retrofoco está alojada de forma móvil en la dirección del rayo y está acoplada al movimiento del brazo palpador.

En las reivindicaciones subordinadas están descritas otras características ventajosas de la invención. La invención se describirá más detalladamente haciéndose referencia a las figuras; muestran:

la fig. 1 representación esquemática de la óptica de mecanizado láser guiada de forma fácil;

la fig. 2 representación esquemática del módulo de rotación con el acumulador elástico de energía, vista en la dirección del eje de giro. Realización con resortes helicoidales solicitados a presión o a tracción, que atacan directamente en el tope de arrastre. A) Representación de la posición de reposo o central. B) Representación de una posición desviada;

la fig. 3 representación esquemática del módulo de rotación con el acumulador elástico de energía, vista en la dirección del eje de giro. Realización con resortes helicoidales solicitados a presión, cuyo recorrido elástico está limitado por un tope en la posición central. A) Representación de la posición de reposo o central. B) Representación de una posición desviada;

la fig. 4 representación de una unión por solapa, en la que el sensor palpador es guiado lateralmente en la chapa superior. Se muestra claramente que es recomendable un desplazamiento lateral entre el sensor palpador y el eje del rayo, lo cual se consigue mediante la posibilidad de ajuste de la pieza de empalme o del brazo palpador. Vista en la dirección de avance;

la fig. 5 representación esquemática del módulo de desviación del rayo con sistema retrofoco integrado (detalle);

la fig. 6 representación de una posible realización de la zona inferior del brazo palpador con un soporte para la pieza de empalme palpadora, estando integrado en el soporte de la pieza de empalme al mismo tiempo una tobera de alimentación de alambre.

Como puede verse en la figura 1, según la invención está previsto un dispositivo para el mecanizado láser de materiales, formado por un módulo de entrada de rayo 10, un módulo de rotación 20 con pasaje giratorio dispuesto en el eje del rayo, un módulo de desviación del rayo 30 con focalización del rayo 32, estando alojado el módulo de desviación del rayo 30 de forma giratoria mediante el módulo de rotación 20, así como un brazo palpador 40 táctil fijado mediante una guía lineal 41 en el módulo de desviación del rayo, palpando este brazo palpador por contacto mediante piezas de empalme 42 adecuadas la junta formada por las piezas 50, 51 a juntar (véase la fig. 4).

El módulo de entrada de rayo 10 presenta una conexión de cable de fibras guíaondas 11, así como un sistema de lentes 15 para la colimación del rayo láser 13 divergente que sale del cable de fibras guíaondas. Además, el módulo de entrada de rayo está formado por una brida de transición para poder conectar directamente el rayo bruto colimado de una fuente láser y presenta un sistema de lentes 15 realizado como telescopio, por lo que el diámetro del rayo bruto de la fuente de radiación puede adaptarse al diámetro libre del pasaje giratorio del módulo de rotación. Para la focalización del rayo está previsto un espejo de desviación 16; la brida de fijación del módulo de entrada de rayo al módulo de rotación está realizada en principio de forma giratoria y permite una fijación en un ángulo a elegir libremente, por lo que la alimentación de la luz láser está configurada de forma flexible permitiendo una adaptación a las condiciones espaciales de la instalación de mecanizado láser.

Con el sistema de lentes de focalización 32 está conectada una cámara electrónica, para poder documentar mejor los procesos de trabajo. Para ello, el espejo desviación 33 es transparente al menos para una parte del espectro visible y la luz reflejada por el punto mecanizado se representa hacia atrás mediante la óptica de focalización 32; pasa por el espejo desviación 33 y se representa allí mediante otro sistema de lentes en una cámara electrónica. De forma coaxial alrededor de la trayectoria de los rayos de la cámara está montado un dispositivo para la iluminación de la zona de juntura, p.ej. en forma de un anillo de diodos luminosos (no representado).

La conexión del módulo de desviación del rayo 30 con el módulo de rotación 20 está realizada como interfaz intercambiable desmontable, de modo que pueden montarse distintos módulos de desviación del haz, que se distinguen, p.ej. por la distancia focal del sistema de focalización 32.

Como se muestra en la fig. 2, el módulo de rotación 20 presenta al menos un acumulador elástico de energía 23, 24, de modo que en caso de una desviación del módulo de desviación del rayo de un ángulo a elegir libremente, una fuerza de retroceso actúa sobre el módulo de desviación del rayo. Además, gracias a la fuerza de retroceso en ausencia de fuerzas exteriores sobre el brazo palpador, el módulo de desviación del rayo se guía siempre a la misma posición de reposo definida (véase la fig. 2 A). Los acumuladores elásticos de energía pueden ser en el caso más sencillo resortes helicoidales que actúan en direcciones opuestas, solicitados a presión o a tracción (véase la fig. 2 B). Si en el módulo de desviación del rayo no actúa ninguna fuerza exterior, lo cual es el caso cuando el brazo palpador no está en contacto con la pieza o la costura, el módulo de desviación del rayo se desplaza mediante los resortes por tracción a una posición de reposo definida.

Como está representado más detalladamente en las figuras 2 (A y B), así como 3 (A y B), el acumulador elástico de energía está formado por dos partes (23 y 24), actuando la primera de las dos unidades parciales del acumulador elástico de energía en una de las dos direcciones de desviación y la otra unidad parcial en la otra dirección de desviación, terminando el radio de acción de las dos unidades parciales en la posición de reposo del módulo de desviación del rayo, respectivamente. La delimitación del radio de acción de las dos unidades parciales del acumulador elástico de energía se realiza mediante un tope 25 (véanse las fig. 3A y B).

El acumulador elástico de energía en el módulo de rotación 20 está provisto de dos resortes helicoidales 23, 24 que actúan en direcciones opuestas, solicitados a presión o tracción, que atacan en un tope de arrastre 22, que asume la transmisión de fuerza al módulo de desviación del rayo (30). También es preferible un tope 25 adicional, que delimita el recorrido elástico de los resortes de compresión 23, 24 en la posición central, de modo que en caso de una desviación de la posición de reposo actúa sólo uno de los dos resortes, respectivamente, actuando, por lo tanto, en caso de una desviación inmediatamente una mayor fuerza inicial (véase la fig. 3). Como alternativa a los resortes están previstos cilindros neumáticos, cuyos pistones atacan en un tope de arrastre 22, por lo que las fuerzas de retroceso que actúan en caso de una desviación pueden ser ajustadas por las presiones que actúan en los cilindros.

Mediante un pasador insertable puede bloquearse el árbol hueco 21 alojado de forma giratoria en el módulo de rotación 20, de modo que el módulo de desviación del rayo 30 y el brazo palpador 40 quedan mecánicamente fijados en su posición de reposo o central, por lo que se facilitan los trabajos de mantenimiento y de ajuste.

La posición del tope de arrastre 22 es ajustable en el contorno del árbol hueco 21, de modo que la posición de reposo sin fuerzas del módulo de desviación del rayo puede elegirse libremente. Además, es preferible que el tope de arrastre 22, en el que atacan los acumuladores elásticos de energía, esté fijado mediante un dispositivo de apriete en el árbol hueco 21 alojado de forma giratoria en el módulo de rotación, de modo que al soltar el dispositivo de apriete se permite un ajuste de la posición de reposo sin fuerzas del módulo de desviación del rayo 30.

Los resortes del módulo de rotación usados en el acumulador elástico de energía pueden estar formados por resortes de cinta enrollados, por lo que pueden conseguirse ángulos de desviación mucho mayores.

Gracias a estas medidas se permite posicionar el dispositivo mediante una máquina de guiado de tal forma que brazo palpador esté dirigido hacia la línea de juntura. El dispositivo está fijado mediante un soporte que se encuentra en el módulo de rotación en la máquina de guiado o en la mano de robot. A continuación, se hace descender un poco el cabezal óptico de modo que la pieza de empalme del brazo palpador entra en contacto con la pieza, enclava en la costura y se comprime un poco elásticamente. A continuación, el robot comienza a repasar la vía de avance programada y se conecta el láser. El palpador o la pieza de empalme del brazo palpador se desliza a continuación adelantándose al rayo láser en la costura y, en caso de desviaciones laterales de la línea de juntura real, el rayo láser 35 es arrastrado lateralmente por el espejo desviación 33, de modo que el rayo pasa exactamente por la línea de juntura.

Si para el guiado de la costura se necesita una presión de apriete lateral del sensor palpador, p.ej. para apretar el sensor palpador lateralmente contra la chapa superior 51 en caso de una unión por solapa, esto se consigue muy fácilmente porque después del enclavamiento en la costura, antes de comenzar el movimiento de avance, el robot realiza un movimiento lateral corto en la dirección de apriete deseada, por lo que se desvía el brazo palpador y empiezan a actuar las fuerzas de resorte.

Para que también puedan compensarse desviaciones de la línea de juntura en la dirección del eje del rayo en un intervalo relativamente amplio, está previsto que el sistema óptico 32 para la focalización del rayo, en el caso más sencillo, esto puede ser también una lente individual, esté alojado de forma móvil en la dirección del rayo, p.ej. mediante una guía lineal 31 y que este sistema de focalización 32 sea arrastrado mediante un tope de arrastre 43 por el brazo palpador 40. De esta forma es arrastrada también la posición del foco en la dirección del rayo con el sensor palpador, por lo que permanece en el plano de la pieza.

La lente de focalización 32 alojada de forma móvil está instalada preferiblemente en el interior del módulo de desviación del rayo 30, de modo que queda completamente envuelta de forma estanca por la carcasa de éste. En comparación con, p.ej. un tubo de lente con extensión variable, esto tiene la ventaja que no se generan efectos de bombeo, lo cual puede conducir sino a la aspiración de aire ambiente sucio o a mayores fuerzas de regulación debido al colchón neumático. Aunque para esta forma de construcción son necesarias dos guías lineales, una para el brazo palpador y otra para la lente de focalización, esto tiene además la ventaja que el brazo palpador y la lente de focalización quedan en gran medida mecánicamente desacoplados entre sí, con excepción del tope de arrastre para el acoplamiento del movimiento, de modo que en caso de una colisión del brazo palpador con la pieza la óptica de focalización sensible y cara queda bien protegida.

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Una realización especialmente ventajosa está representada en la fig. 5. Ha resultado ser ventajoso ensanchar de forma divergente el rayo láser en el módulo de desviación del rayo 30 en primer lugar delante del espejo desviación 33 mediante una lente o un sistema de lentes con potencia de lente negativa 36, colimándolo a continuación detrás del espejo de desviación 33 mediante una lente o un sistema de lentes con potencia de lente positiva 37, focalizándolo finalmente mediante otra lente o sistema de lentes 32. Las tres lentes o sistemas de lentes (36, 37, 32) forman juntos un llamado sistema retrofoco. Con ello puede conseguirse en caso de distancias focales pequeñas una mayor distancia de la imagen, es decir, una distancia mayor entre el foco del rayo y el sistema de lentes. Al usarse este sistema, se puede conseguir por lo tanto un foco de rayo especialmente pequeño o una mayor distancia de trabajo. Además, puede mantenerse de esta forma pequeño el diámetro del árbol hueco 21 del pasaje giratorio en el módulo de rotación, por lo que se consigue una forma de construcción especialmente compacta.

El dispositivo es especialmente adecuado para fuentes láser que son guiadas por fibra de vidrio; es decir, la mayor parte de los láseres de estado sólido como p.ej. láser Nd:YAG, láser de diodo, láser de disco o láser de fibra. Pero también es posible la conexión de láseres cuyo rayo es guiado por espejos, como p.ej. láser CO_{2}. En este caso, se renunciará en gran medida al uso de lentes y en lugar de ello se colima y focaliza el rayo, p.ej. mediante espejos parabólicos o se usan elementos ópticos, p.ej. de seleniuro de cinc (Zn-Se).

La figura 5 muestra una configuración especial de la invención, según la cual el brazo palpador 40 táctil presenta un tope de arrastre 43, que engrana en la unidad de lentes de focalización 32 desplazable, por lo que la posición del foco es arrastrada al variar la distancia de la pieza por el movimiento del brazo palpador 40 táctil. El pasaje por la carcasa del módulo de desviación del rayo 30 necesario para el tope de arrastre se obtura mediante un fuelle 44.

La figura 6 muestra una representación de una posible realización de la zona inferior del brazo palpador 40 con un soporte 61 para la pieza de empalme 42 palpadora, estando integrado en el soporte 61 de la pieza de empalme al mismo tiempo una tobera de alimentación de alambre 60. En la zona del soporte, el palpador está realizado de forma cilíndrica, el soporte presenta un taladro para el alojamiento de la parte cilíndrica del palpador y el palpador se fija mediante un estribo de apriete en el taladro.

Lista de signos de referencia

10

Módulo de entrada de rayo

11

Alojamiento del cable de fibras guíaondas

12

Fibras guíaondas

13

Rayo láser divergente

14

Rayo láser colimado

15

Lente de colimación o sistema de lentes de colimación

16

Espejo de desviación

20

Módulo de rotación

21

Árbol hueco alojado de forma giratoria en el módulo de rotación

22

Tope de arrastre

23

Acumulador elástico de energía, p.ej. resorte de compresión

24

Acumulador elástico de energía, p.ej. resorte de compresión

25

Tope

30

Módulo de desviación del rayo

31

Guía lineal

32

Lente de focalización o sistema de lentes de focalización

33

Espejo de desviación

34

Cristal protector

35

Rayo láser focalizado

36

Lente o sistema de lentes con potencia de lente negativa

37

Lente o sistema de lentes con potencia de lente positiva

40

Brazo palpador

41

Guía lineal

42

Pieza de empalme o palpador

43

Tope de arrastre

44

Fuelle

45

Resorte de compresión

50

Pieza

51

Pieza (chapa superior)

60

Tobera de alimentación de alambre

61

Soporte para palpador o pieza de empalme

62

Estribo de apriete

Claims (31)

1. Procedimiento para el posicionamiento de un rayo láser respecto a la juntura en el mecanizado láser de materiales, comprendiendo el mismo un módulo de entrada de rayo (10), un módulo de rotación (20) provisto de un pasaje giratorio dispuesto en el eje del rayo, un módulo de desviación del rayo (30) con focalización del rayo (32), estando alojado el módulo de desviación del rayo (30) de forma giratoria mediante el módulo de rotación (20), así como un brazo palpador (40) táctil fijado en el módulo de desviación del rayo (30) mediante una guía lineal (41), palpando este brazo palpador por contacto mediante piezas de empalme (42) adecuadas la junta formada por las piezas a juntar, caracterizado porque el módulo de rotación (20) presenta al menos un acumulador elástico de energía (23, 24) para el posicionamiento exacto del rayo láser respecto a la juntura, con ayuda del cual, por un lado, una fuerza de retroceso actúa sobre el módulo de desviación del rayo (30) en caso de una desviación del módulo de desviación del rayo (30) de un ángulo a elegir libremente y, por otro lado, el módulo de desviación del rayo (30) es guiado siempre a una posición de reposo definida, en caso de ausencia de fuerzas exteriores sobre el brazo palpador (40).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la elasticidad del acumulador elástico de energía está representado por una tensión de resorte o mediante cilindros neumáticos.

3. Dispositivo para el posicionamiento de un rayo láser respecto a la juntura en el mecanizado láser de materiales, comprendiendo el mismo un módulo de entrada de rayo (10), un módulo de rotación (20) provisto de un pasaje giratorio dispuesto en el eje del rayo, un módulo de desviación del rayo (30) con focalización del rayo (32), estando alojado el módulo de desviación del rayo (30) de forma giratoria mediante el módulo de rotación (20), así como un brazo palpador (40) táctil fijado en el módulo de desviación del rayo (30) mediante una guía lineal (41), palpando este brazo palpador por contacto mediante piezas de empalme (42) adecuadas la junta formada por las piezas a juntar, caracterizado porque el módulo de rotación (20) presenta al menos un acumulador elástico de energía (23, 24), que en caso de una desviación del módulo de desviación del rayo de un ángulo a elegir libremente genera una fuerza de retroceso que actúa en la dirección opuesta a la desviación sobre el módulo de desviación del rayo, y que, en caso de ausencia de fuerzas exteriores, mantiene el módulo de desviación del rayo siempre en la misma posición de reposo definida.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, estando configurado el acumulador elástico de energía en el módulo de rotación (20) en forma de dos resortes helicoidales (23, 24) que actúan en direcciones opuestas, solicitados a presión o a tracción, o por resortes de cinta enrollados, que atacan en un tope de arrastre (22) que puede ser posicionado de forma regulable en el contorno de un árbol hueco (21), que asume la transmisión de fuerza al módulo de desviación del rayo (30) alojado de forma giratoria.

5. Dispositivo según la reivindicación 3, estando configurado el acumulador elástico de energía en forma de cilindros neumáticos, cuyos pistones atacan en un tope de arrastre (22) que puede ser posicionado de forma regulable en el contorno de un árbol hueco (21).

6. Dispositivo según la reivindicación 4 ó 5, limitando un tope (25) adicional el recorrido elástico de los resortes de compresión (23, 24) o de los cilindros neumáticos en la posición central.

7. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 3 a 6, pudiendo bloquearse el árbol hueco (21) alojado de forma giratoria en el módulo de rotación mediante un pasador insertable.

8. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 3 a 7, estando fijado el tope de arrastre (22) en el que atacan los acumuladores elásticos de energía en el árbol hueco (21) alojado de forma giratoria en el módulo de rotación mediante un dispositivo de apriete, de modo que al soltar el dispositivo de apriete está garantizado un ajuste de la posición de reposo sin fuerzas del módulo de desviación del rayo (30).

9. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 3 a 8, siendo la pieza de empalme (42), con la que se palpa por contacto la junta formada por las piezas a juntar, un elemento en forma de barra, de alambre o de aguja, o un rodillo o una bola, o una pieza deslizante en V.

10. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 3 a 9, siendo la pieza de empalme (42) palpadora una pieza moldeada fundamentalmente cilíndrica, que en el lado palpador está formada por una pieza parcial más corta con un diámetro menor y en el lado del soporte por una pieza parcial más larga con un diámetro mayor, estando realizada la transición entre las piezas parciales cilíndricas en forma de cono.

11. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 9 a 10, siendo la pieza de empalme una pieza moldeada con alimentación integrada de gas de proceso.

12. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 9 a 11, estando configurada la pieza de empalme en el brazo palpador en forma de casquillo roscado o casquillo por apriete o en forma de cierre a bayoneta para una fácil intercambiabilidad.

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13. Dispositivo según la reivindicación 12, estando realizada la pieza de empalme de forma cilíndrica en la zona del soporte y presentando el soporte un taladro para el alojamiento de la parte cilíndrica de la pieza de empalme y estando fijada la pieza de empalme mediante un estribo de apriete en el taladro.

14. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, pudiendo regularse o ajustarse la pieza de empalme en las tres direcciones espaciales respecto al foco del láser.

15. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, estando integrado entre la pieza de empalme (42) que palpa la línea de juntura y el rayo láser (35) un dispositivo de alimentación de alambre.

16. Dispositivo según la reivindicación 15, estando integrada la tobera de alimentación de alambre del dispositivo de alimentación de alambre en la pieza de empalme (42).

17. Dispositivo según la reivindicación 15, estando integrada la tobera de alimentación de alambre del dispositivo de alimentación de alambre en el soporte de la pieza de empalme (42).

18. Dispositivo según las reivindicaciones 15 a 17, estando fijado el soporte para la tobera de alimentación de alambre y la pieza de empalme palpadora de forma aislada en el brazo palpador.

19. Dispositivo según la reivindicación 18, estando aislado eléctricamente la pieza de empalme palpadora respecto a su soporte.

20. Dispositivo según la reivindicación 19, estando aplicado el aislamiento eléctrico en la pieza de empalme o sólo en la zona del soporte.

21. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 3 a 20, sirviendo como palpador de la línea de juntura el propio alambre suplementario alimentado al proceso mediante el dispositivo de alimentación de alambre.

22. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 3 a 21, estando alojados la lente de focalización o el sistema de lentes de focalización (32) del módulo de desviación del rayo de forma móvil en la dirección del rayo.

23. Dispositivo según la reivindicación 22, estando montada la unidad de lente de focalización (32) desplazable de tal forma en el módulo de desviación del rayo que la unidad de lente de focalización queda completamente envuelta por la carcasa del módulo de desviación del rayo (30) de forma estanca al polvo y al gas.

24. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 3 a 23, presentando el brazo palpador (40) táctil un tope de arrastre (43) que engrana en la unidad de lente de focalización (32) desplazable, por lo que la posición del foco es arrastrada en caso de un cambio de la distancia de la pieza por el movimiento del brazo palpador (40) táctil.

25. Dispositivo según la reivindicación 24, estando obturado el pasaje necesario para el tope de arrastre por la carcasa del módulo de desviación del rayo (30) mediante un fuelle (44).

26. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 3 a 25, realizándose la focalización del rayo láser en el módulo de desviación del rayo (30) mediante un sistema de lentes que consta de varios grupos (36, 37, 32), que forman juntos un llamado sistema retrofoco.

27. Dispositivo según la reivindicación 26, estando configurado el sistema retrofoco de tal forma que el rayo es colimado entre los dos sistemas de lentes con una potencia de lente positiva (37, 32).

28. Dispositivo según la reivindicación 26 ó 27, estando alojada sólo la última lente (32) del sistema retrofoco de forma móvil en la dirección del rayo estando acoplada al movimiento del brazo palpador.

29. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 3 a 28, siendo transparente el espejo desviación (33) al menos para una parte del espectro visible y representándose la luz reflejada por el punto mecanizado hacia atrás mediante la óptica de focalización (32), pasando por el espejo desviación (33) y representándose allí mediante otro sistema de lentes en una cámara electrónica.

30. Dispositivo según la reivindicación 29, estando fijado de forma coaxial alrededor de la trayectoria de los rayos de la cámara un dispositivo para la iluminación de la zona de juntura, p.ej. en forma de un anillo de diodos luminosos.

31. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores 3 a 30, estando realizada la conexión del módulo de desviación del rayo (30) con el módulo de rotación (20) como interfaz intercambiable desmontable.