CH680990A5

CH680990A5 - Laser machining installation - has an airtight protective cover of the beam set between its source and the machine head

Info

Publication number: CH680990A5
Application number: CH3105/90A
Authority: CH
Inventors: Ernst Zumstein
Original assignee: Bystronic Laser Ag
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1992-12-31

Abstract

The laser machining installation has a movable machining head and at least one closed cover (9,10) of alterable length as a radiation protection between the machining head and a laser source (2). It is characterised by the fact that the cover is provided with a parallel equalisation channel (13, 17) or a closed equalisation space. Pref. the closed cover (having for example, a concertina-like structure) is airtight, Parts 9, 9a, 10, 10a) of such a cover are arranged on both sides of a deflection mirror (5), so that the total length of the cover remains constant when the mirror is displaced. At the same time, the two parts of the cover are connected via the equalisation channel (13, 17). The connection points (12, 14, 15, 16) between the cover (9, 9a, 10, 10a) and the equalisation channel (13, 17) or the closed equalisation space are located at a distance from the deflection mirros (4, 5). USE/ADVANTAGE - Method can be used with all laser machining installations, esp. laser cutting installations. It prevents entry of dust etc. particles into the optics space of the installation, and thus eliminates (more effectively and economically than use of filtering systems) potential damage to the deflection mirrors.

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsanlage mit einem bewegbaren Bearbeitungskopf und mindestens einer in der Länge veränderbaren geschlossenen Hülle als Strahlenschutz zwischen dem Bearbeitungskopf und einer Laserquelle. Bei bekannten Laserbearbeitungsanlagen, insbesondere Laserschneidmaschinen dieser Art, ist beispielsweise zwischen zwei relativ beweglichen Umienkspiegeln für den Laserstrahl ein Faltenbalg als Strahlenschutz angeordnet. Bei der Relativbewegung der beiden Umlenkspiegel, bzw. der Enden des Faltenbalges, verändert sich das Volumen im Faltenbalg unter Umständen recht schnell und erheblich, und es ist daher ein Luftaustausch erforderlich. Wird, wie es bisher üblich ist, die Ausgleichsströmung der Luft seitlich eines Umlenkspiegels vorbeigeführt, besteht erfahrungsgemäss eine erhebliche Gefahr, dass in der Luft schwebende Schmutzpartikel auf den Umlenkspiegel gelangen und dort durch den Laserstrahl eingebrannt werden, was zur praktischen Unbrauchbarkeit des Spiegels führen kann. Um das Eintreten verunreinigter Luft durch undichte Stellen des Faltenbalges zu verhindern, ist es auch üblich, mittels Ventilatoren über Filter reine Luft in den Faltenbalg zuzuführen, was jedoch aufwendig ist. The present invention relates to a laser processing system with a movable processing head and at least one length-adjustable closed shell as radiation protection between the processing head and a laser source. In known laser processing systems, in particular laser cutting machines of this type, a bellows is arranged, for example, between two relatively movable deflecting mirrors for the laser beam as radiation protection. With the relative movement of the two deflecting mirrors or the ends of the bellows, the volume in the bellows may change quite quickly and considerably, and an air exchange is therefore necessary. Experience has shown that if the equalizing flow of air is directed past the side of a deflecting mirror, there is a considerable risk that airborne dirt particles will get onto the deflecting mirror and be burned in there by the laser beam, which can make the mirror unusable. In order to prevent the entry of contaminated air due to leaks in the bellows, it is also common to use fans to supply pure air into the bellows, which is, however, expensive.

Ziel vorliegender Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass der Hülle ein Ausgleichskanal parallel geschaltet oder ein Ausgleichsraum zugeordnet ist. Es erfolgt in diesem Falle kein Austausch von Luft aus der Hülle nach aussen, sondern nur noch in einem geschlossenen System, entweder über den Ausgleichskanal oder gegebenenfalls in einen Ausgleichsraum, der seinerseits als Faltenbalg oder als Ballon mit veränderbarem Volumen ausgebildet sein kann. Vorzugsweise sind jedoch beidseitig je eines Umlenkspiegels Teile der Hülle, zum Beispiel des Faltenbalges, angeordnet, die sich zu einer Hülle gleichbleibender Länge ergänzen, wobei die beiden Hüllenteile mit dem Ausgleichskanal kommunizieren. Da in diesem Falle die Länge des Faltenbalges und somit sein Volumen praktisch gleich bleibt, ist kein Luftaustausch nach aussen erforderlich, womit Ventilatoren und Filter wegfallen können und im Faltenbalg eine konstante, kontrollierte Atmosphäre gewährleistet ist, welche ihrerseits einen optimalen gleichbleibenden Strahlendurchgang sicherstellt. The aim of the present invention is to avoid the disadvantages mentioned above. This goal is achieved by connecting a compensation channel in parallel to the envelope or by assigning a compensation space. In this case, there is no exchange of air from the outside to the outside, but only in a closed system, either via the equalization channel or possibly into an equalization space, which in turn can be designed as a bellows or a balloon with a variable volume. However, parts of the envelope, for example the bellows, are preferably arranged on both sides of a deflecting mirror, which complement each other to form an envelope of constant length, the two envelope parts communicating with the compensating channel. Since in this case the length of the bellows and thus its volume remains practically the same, no external air exchange is required, with which fans and filters can be omitted and a constant, controlled atmosphere is ensured in the bellows, which in turn ensures an optimal, constant radiation passage.

Ein so geschlossenes System kann nötigenfalls ganz oder teilweise evakuiert werden oder auch mit Uberdruck beaufschlagt werden, ohne dass zusätzliche Kräfte auf die Antriebe des Führungssystems wirken. A system which is closed in this way can, if necessary, be completely or partially evacuated or can be pressurized without additional forces acting on the drives of the guide system.

Das Überwachen des Druckes erlaubt in diesem Falle mit einem Detektor den Zustand des gesamten Strahlkanals und seiner Hülle zu kontrollieren. Würde das Strahlenschutzrohr beschädigt oder geöffnet, so würde sofort Druckausgleich mit der Umgebungsluft stattfinden, und ein Austreten gefährlicher Laserstrahlung kann durch sofortiges Abschalten des Lasers verhindert werden. In this case, monitoring the pressure allows the condition of the entire jet channel and its shell to be checked with a detector. If the radiation protection tube were damaged or opened, pressure equalization with the ambient air would take place immediately, and escape of dangerous laser radiation can be prevented by immediately switching off the laser.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Anlage und Fig. 1 shows a schematic plan view of the system and

Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1. Fig. 2 is a section along line II-II in Fig. 1st

Die schematisch dargestellte Laserschneidmaschine weist einen Bearbeitungstisch 1 auf, auf welchem das zu bearbeitende Material, zum Beispiel Platten und Scheiben, aufgelegt wird. Aus einer Laserquelle 2 tritt ein Laserstrahl 3 aus und gelangt über Umlenkspiegel 4, 5 und 6 zu einem Schneidkopf unterhalb des Umlenkspiegels 6. Dieser Schneidkopf ist zusammen mit dem Umlenkspiegel 6 längs einer Schneidbrücke 7 verstellbar, und die Schneidbrücke 7 ist in Längsrichtung des Tisches 1 längs nicht dargestellter Führungen verstellbar. Der Laserstrahl 3 verläuft im Strahlrohr 8 und in Faltenbälgen 9 und 10, weiche als Strahlenschutz dienen. Soweit entspricht die dargestellte Anlage herkömmlichen Ausführungen. Es ist dabei ohne weiteres ersichtlich, dass bei einer Bewegung des Schneidkopfes längs der Schneidbrücke 7 oder der Schneidbrücke 7 längs des Tisches 1 die Faitenbäl-ge 9 und 10 ihre Länge bzw. ihr Volumen ändern und dass somit Luft aus diesen Faltenbälgen austreten, bzw. in dieselben eintreten muss, um nicht einen unzulässigen Überdruck oder Unterdruck entstehen zu lassen. Bei bestehenden Anlagen kommunizieren diese Faltenbälge mit der Umgebung über geeignete Filter und Ventilatoren, was mit dem schon erwähnten Aufwand verbunden ist. Gemäss vorliegender Erfindung schliesst nun beim Umlenkspiegel 5 ein weiterer Faltenbalg 9a und beim Umlenkspiegel 6 ein weiterer Faltenbalg 10a an, und die Enden dieser Faltenbälge sind ortsfest an der Maschine befestigt. Es entstehen damit Faltenbälge 9, 9a bzw. 10, 10a konstanter Länge bzw. konstanten Volumens unbekümmert um die Stellung des beweglichen Um-lenkspiegels 5 bzw. 6. Das eine Ende des Faltenbalges 9 ist an der Stelle 11 befestigt und an dieser Stelle kommuniziert dieser Faltenbalg durch eine Öffnung bzw. einen Kanal 12 mit einem parallel zum Faltenbalg 9, 9a angeordneten, ortsfesten Ausgleichskanal 13, der über eine Öffnung bzw. einen Kanal 14 auch mit dem anderen, feststehenden Ende des Fal-tenbalgteils 9a kommuniziert. Wie Fig. 2 zeigt, ist der Kanal 13 verbunden mit Führungen für den Faltenbalg 9 und mit einer äusseren Schutzwand. Auch die vom Umlenkspiegel 6 entfernten Enden der Fal-tenbalgteile 10 bzw. 10a sind über Öffnungen oder Kanäle 15 bzw. 16 mit einem Ausgleichskanal 17 verbunden, der parallel zum Faltenbalg 10,10a angeordnet ist. Das Ende des Faltenbalgteiles 9a ist beim Umlenkspiegel 5 luftdicht abgeschlossen, und ebenso ist der Faltenbalgteil 10a beim Umienkspiegel 6 luftdicht abgeschlossen. Die Ausgleichsströmung tritt jeweils nur an den vom Umlenkspiegel 5 bzw. vom Schneidkopf 6 entfernten Enden der Faltenbälge 9, 9a, 10, 10a ein. Dasselbe gilt für den Umlenkspiegel 4, der in einem genügenden Abstand von der Öffnung bzw. dem Kanal 12 angeordnet ist. Die Gefahr, dass in der Luft schwebende Partikel infolge einer Ausgleichsströmung der Luft auf die Um5 The schematically illustrated laser cutting machine has a processing table 1 on which the material to be processed, for example plates and disks, is placed. A laser beam 3 emerges from a laser source 2 and passes via deflecting mirrors 4, 5 and 6 to a cutting head below the deflecting mirror 6. This cutting head can be adjusted together with the deflecting mirror 6 along a cutting bridge 7, and the cutting bridge 7 is in the longitudinal direction of the table 1 adjustable along not shown guides. The laser beam 3 runs in the beam pipe 8 and in bellows 9 and 10, which serve as radiation protection. So far, the system shown corresponds to conventional designs. It is readily apparent that when the cutting head moves along the cutting bridge 7 or the cutting bridge 7 along the table 1, the bellows 9 and 10 change their length or volume, and that air thus emerges from these bellows or must enter the same in order not to allow an excessive pressure or negative pressure to develop. In existing systems, these bellows communicate with the environment via suitable filters and fans, which is associated with the effort already mentioned. According to the present invention, another bellows 9a connects to the deflecting mirror 5 and another bellows 10a connects to the deflecting mirror 6, and the ends of these bellows are fixed in place on the machine. This creates bellows 9, 9a or 10, 10a of constant length or constant volume, unconcerned about the position of the movable deflecting mirror 5 or 6. One end of the bellows 9 is fastened at point 11 and communicates at this point Bellows through an opening or a channel 12 with a stationary compensation channel 13 arranged parallel to the bellows 9, 9a, which also communicates via an opening or a channel 14 with the other, fixed end of the bellows part 9a. 2 shows, the channel 13 is connected to guides for the bellows 9 and with an outer protective wall. The ends of the bellows parts 10 and 10a removed from the deflection mirror 6 are also connected via openings or channels 15 and 16 to a compensating channel 17 which is arranged parallel to the bellows 10, 10a. The end of the bellows part 9a is hermetically sealed at the deflecting mirror 5, and likewise the bellows part 10a is hermetically sealed at the deflecting mirror 6. The compensating flow occurs only at the ends of the bellows 9, 9a, 10, 10a remote from the deflecting mirror 5 or from the cutting head 6. The same applies to the deflecting mirror 4, which is arranged at a sufficient distance from the opening or the channel 12. The danger that airborne particles due to a compensating flow of air on the Um5

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lenkspiegel gelangen könnten, ist damit beseitigt. Wenn also die Schneidbrücke 7 längs des Bearbeitungstisches 1 verschoben wird, wird der Umlenkspiegel 5 mitverschoben, womit sich die Länge, bzw. das Volumen der Faltenbaigteile 9 und 9a ändert. Es erfolgt daher eine Ausgleichsströmung über die Öffnungen der Kanäle 12 und 14 und den Ausgleichskanal 13. Desgleichen erfolgt eine Ausgleichsströmung durch die Öffnungen oder Kanäle 15 und 16 sowie den Ausgleichskanai 17, wenn der Schneidkopf 6 längs der Schneidbrücke 7 bewegt wird. Da in beiden Systemen das Luftvolumen praktisch konstant ist, erfolgt kein Luftaustausch nach aussen, d.h. es verbleibt immer die gleiche saubere Luft in den Faltenbälgen, was sich positiv auswirkt auf die Lebensdauer der Umlenkspiegel und die Konstanz des Strahlendurchtritts von der Quelle 2 bis zum Schneidkopf. steering mirror could be eliminated. Thus, when the cutting bridge 7 is moved along the processing table 1, the deflecting mirror 5 is also displaced, which changes the length or the volume of the fold parts 9 and 9a. There is therefore an equalizing flow through the openings of the channels 12 and 14 and the equalizing channel 13. Likewise, an equalizing flow takes place through the openings or channels 15 and 16 and the equalizing channel 17 when the cutting head 6 is moved along the cutting bridge 7. Since the air volume is practically constant in both systems, there is no external air exchange, i.e. the same clean air always remains in the bellows, which has a positive effect on the lifespan of the deflecting mirror and the consistency of the radiation passage from source 2 to the cutting head.

Die anhand der Fig. 1 erläuterte Lösung kann grundsätzlich auch angewendet werden, wenn ein Schneidkopf oder eine andere Bearbeitungseinheit nur in einer Richtung verstellbar ist, was beispielsweise der Fall sein könnte, wenn die Einstellung auf einem drehbaren Arm nach Polarkoordinatoren erfolgt oder wenn eine hybride Verstellung in einer Richtung mit dem Bearbeitungskopf und der anderen Richtung mit dem Bearbeitungstisch 1 erfolgt. Auch in diesem Fall kann ein zweiteiliger Faltenbaig konstanter Länge vorgesehen werden, dem ein Ausgleichskanal parallelgeschaltet ist. Andererseits kann selbstverständlich die dargestellte Lösung auf beliebig viele Verstellrichtungen angewendet werden. The solution explained with reference to FIG. 1 can in principle also be used if a cutting head or another processing unit can only be adjusted in one direction, which could be the case, for example, if the adjustment is carried out on a rotatable arm according to polar coordinators or if a hybrid adjustment is made in one direction with the processing head and in the other direction with the processing table 1. In this case too, a two-part fold length of constant length can be provided, to which a compensating channel is connected in parallel. On the other hand, the solution shown can of course be applied to any number of adjustment directions.

Sind die Verstellwege und Querschnitte und damit die Volumenunterschiede des Faltenbalges verhältnismässig gering, könnte auch eine andere Lösung in Betracht kommen. Man könnte in diesem Falle beispielsweise den Faltenbalgteil 9a in üblicher Weise vorsehen und mit der Öffnung bzw. dem Kanal 12 ein geschlossenes Ausgleichsgefäss verbinden, beispielsweise einen Faltenbalg mit variablem Volumen. Die Luft aus dem Faltenbalg 9 würde in diesem Falle in das Ausgleichsgefäss verdrängt bzw. aus diesem wieder angesaugt werden. Diese Lösung ist vor allem denkbar für den Fall, dass der Anschluss an den Faltenbalg ortsfest an der Maschine erfolgen kann. If the adjustment paths and cross sections and thus the volume differences of the bellows are relatively small, another solution could also be considered. In this case, one could, for example, provide the bellows part 9a in a conventional manner and connect a closed expansion vessel to the opening or the channel 12, for example a bellows with variable volume. In this case, the air from the bellows 9 would be displaced into the expansion tank or sucked out of it again. This solution is particularly conceivable in the event that the connection to the bellows can be made stationary on the machine.

Claims

1) Laser processing system with a movable processing head and at least one variable-length, closed casing (9, 10) as radiation protection between the processing head and a laser source (2), characterized in that the casing is connected in parallel or a compensation channel (13, 17) Compensation room is assigned.

2) System according to claim 1, with at least one deflecting mirror (5), characterized in that the shell, for example a bellows, is closed airtight.

3) System according to claim 2, characterized in that on both sides of a deflecting mirror (5), parts (9,9a, 10,10a) of the shell, for example the bellows, are arranged, which form a shell

(9, 9a, 10, 10a) of constant length, the two parts of the casing communicating with the compensating channel (13, 17).

4) System according to one of claims 2 or 3, characterized in that connection points (12, 14, 15, 16) of the casing (9, 9 a, 10, 10 a) and the compensation channel (13, 17) or compensation space at a distance of Deflecting mirrors (4,5).

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