CH722183A2 - Laserreinigungsmaschine mit handgeführtem Bearbeitungsmanipulator - Google Patents

Abstract

Bei einer Laserreinigungsmaschine, umfassend eine Hochleistungselektronik mit Steuergerät in einem Elektronikgehäuse mit Netzteil, indem am Elektronikgehäuse eine Anzeige und Bedienelemente angeordnet sind, wobei ein handgeführter Bearbeitungsmanipulator, umfassend einen Handgriff und einen Lauf mit An-/Ausschalter ausgestattet, mittels einer Laserführungsleitung am Steuergerät bzw. der Hochleistungselektronik wirkverbunden handführbar und beabstandbar angeschlossen ist, wobei ein aufgefächerter Laserstrahl mittels ein Optik erzeugbar und frei in wählbaren Abständen über eine zu reinigende Oberfläche eines Gegenstandes führbar ist, soll ein gesteigerter Arbeitskomfort erreicht und eine optimale Strahlführung erleichtert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass im Verlauf des Laufes oder am Handgriff des Bearbeitungsmanipulators oder an der Hochleistungselektronik eine Abstandsmesseinrichtung befestigt ist, wobei die Abstandsmesseinrichtung mit einer Abstandsanzeige elektrisch verbunden ist, welche ebenfalls im Verlauf des Laufes oder am Handgriff befestigt ist, sodass im Reinigungsbetrieb zu jeder Zeit ein aktueller Abstand zwischen dem Lauf und der zu reinigenden Oberfläche des Gegenstandes angezeigt wird.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Laserreinigungsmaschine, umfassend eine Hochleistungselektronik mit Steuergerät in einem Elektronikgehäuse mit Netzteil, indem am Elektronikgehäuse eine Anzeige und Bedienelemente angeordnet sind, wobei ein handgeführter Bearbeitungsmanipulator, umfassend einen Handgriff und einen Lauf mit An-/Ausschalter ausgestattet, mittels einer Laserführungsleitung am Steuergerät bzw. der Hochleistungselektronik wirkverbunden handführbar und beabstandbar angeschlossen ist, wobei ein aufgefächerter Laserstrahl mittels ein Optik erzeugbar und frei in wählbaren Abständen über eine zu reinigende Oberfläche eines Gegenstandes führbar ist.

Stand der Technik

[0002] Handgeführte Laserreinigungsmaschinen sind die neueste Generation von Oberflächenreinigungsgeräten. Ideal geeignet für die Reinigung von Farbe, Öl, Schmutz, Rost, Anlauffarben, Harz usw. Der Laser wird überall dort eingesetzt, wo herkömmliche Reinigungsverfahren versagt haben. Die Laserreinigung ist nicht abrasiv, berührungslos und überhitzt das Material nicht.

[0003] Die Reinigung von Oberflächen mit einer Laserreinigungsmaschine ist nicht nur äusserst effektiv, sondern auch umweltfreundlich. Während des Reinigungsprozesses werden keine Chemikalien verwendet, so dass das zu reinigende Material nicht chemisch angegriffen wird. Entsprechend kann die Laserreinigungsmaschine empfindliche Oberflächen wie Aluminium, Kohlenstoff, Edelstahl, kohlenstofffaserverstärktes Polymer oder beschichtete Materialien reinigen.

[0004] Die handgeführte Laserreinigungsmaschine arbeitet mit einem Hochleistungslaser, der es ermöglicht, Verunreinigungen wie Rost, Lack, Öl oder Oxidschichten präzise und berührungslos zu entfernen, ohne das Grundmaterial zu beschädigen. Das zentrale Element der Laserreinigungsmaschine ist eine Hochleistungselektronik, die für die Erzeugung des Lasers verantwortlich ist. Dabei kann es sich um einen Faserlaser oder einen Diodenlaser handeln, die je nach Anwendung eine unterschiedliche Wellenlänge und Leistung aufweisen. Diese Technologie stellt sicher, dass der Laserstrahl neben dem Schweissen auch präzise zur Reinigung eingesetzt werden kann.

[0005] Weiterhin umfasst die Hochleistungselektronik ein Steuergerät, das die Laserleistung, die Form des Strahls und weitere Parameter steuert, um die Reinigungsleistung auf die jeweiligen Anforderungen anzupassen. Über ein integriertes Display an einem Elektronikgehäuse werden alle Betriebsparameter wie Laserintensität, Arbeitsmodus und eventuelle Warnmeldungen übersichtlich dargestellt. Bedienelemente ermöglichen die Einstellung und Anpassung der Reinigungsparameter, sodass der Anwender die Laserreinigungsmaschine individuell auf die jeweilige Anwendung abstimmen kann. Die gesamte Hochleistungselektronik ist in dem Elektronikgehäuse untergebracht, das die empfindliche Elektronik schützt und gleichzeitig eine kompakte Bauweise gewährleistet, wobei die Hochleistungselektronik ebenfalls mobil ausgestaltet, oft als Rollwagen ausgestaltet ist. Ein Netzteil versorgt das System mit der notwendigen elektrischen Energie, um den Betrieb des Lasers zu ermöglichen.

[0006] Der Laserstrahl wird über eine Laserführungsleitung vom Elektronikgehäuse zu einem Bearbeitungsmanipulator geleitet, welcher im Betrieb mit der Hand geführt wird. Diese Laserführungsleitung beinhaltet eine Laserfaser, einen Koppler und optischen Elemente, um den Laserstrahl ohne nennenswerte Energieverluste an die zu reinigende Oberfläche weiter zu leiten.

[0007] Der Bearbeitungsmanipulator ist das handgeführte Werkzeug, mit dem der Anwender die Laserreinigung manuell direkt steuert. Der Bearbeitungsmanipulator ist mit einem ergonomisch gestalteten Handgriff und einem Lauf ausgestattet, wodurch eine bequeme und präzise Handhabung ermöglicht wird. Der Handgriff erlaubt es dem Anwender, das Gerät mühelos über die zu reinigende Fläche zu führen, wodurch eine gleichmässige und effiziente Reinigung möglich ist. Am Lauf des Bearbeitungsmanipulators befindet sich ein gut erreichbarer An-/Ausschalter, der die Kontrolle des Reinigungsprozesses vereinfacht.

[0008] Im Inneren des Laufs ist eine Optik angeordnet, die dafür sorgt, dass der Laserstrahl exakt auf die zu reinigende Oberfläche gelenkt wird und für den Reinigungsvorgang aufgefächert wird. Die Optik ist entscheidend für die Effizienz und Präzision der Reinigung, da sie den Laserstrahl optimal auf einen gewünschten Bereich lenkt, sodass selbst feinste Verschmutzungen und Beschichtungen entfernt werden können, ohne das darunterliegende Material zu beschädigen. Der Bearbeitungsmanipulator ermöglicht es dem Bediener, den aufgefächerten Laserstrahl präzise zu steuern und flexibel auf unterschiedliche Reinigungsanforderungen zu reagieren. Der Laserstrahl wird durch stimulierte Emission erzeugt und kann in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums arbeiten, einschliesslich Infrarot und sichtbarem Licht. Die Resonatorgüte und optische Komponenten im Laser können angepasst werden, um die Strahlqualität und Kohärenz zu optimieren.

[0009] Die Auffächerung des Laserstrahls wird durch die Optik im Lauf des Bearbeitungsmanipulators erreicht, die den Strahl in eine breitere Form lenken. Dies kann durch spezielle Linsen oder Diffraktionsgitter geschehen, die den Strahl gezielt streuen. Die Emittanz eines Lasers beschreibt dabei, wie stark sich ein Strahl öffnet; je kleiner die Emittanz, desto fokussierter bleibt der Strahl. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Laserstrahlen aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wie Kohärenz, Monochromatizität und hohe Intensität vielseitig einsetzbar sind. Die Wahl der Wellenlänge und Leistung hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab, während die Auffächerung durch gezielte optische Manipulation erreicht wird.

[0010] Heute bekannte Geräte erlauben Einstellungen von Pulsbreiten im Bereich von hunderten Nanometern und die Erstellung unterschiedlicher Scan-Formen des Lasers, wie Linie, Acht, Kreis, Punkt oder Rechteck. Während die Wellenlänge des Lasers fest ist, meist um 1000nm, kann die Pulsfrequenz eingestellt werden und liegt im Bereich von 20 bis 200 kHz.

[0011] Der Nachteil bekannter handgeführter Laserreinigungsmaschinen besteht darin, dass der Abstand zum zu reinigenden Objekt vom Bediener frei wählbar ist. Entsprechend kann das Reinigungsergebnis extrem schwanken und neben überflüssiger Wiederholungen von Reinigungszyklen, kann auch ein teilweise Angriff des Gegenstands unter der Oberfläche resultieren. Die möglichst optimale reproduzierbare Reinigungswirkung kann bislang nur durch ausreichend Übung des Bedieners erreicht werden. Ist der Laserstrahl einmal angeschaltet ist bislang nur ein Notaus vorgesehen, wenn beispielsweise ein Brand durch den Laserstrahl ausgelöst wird. Für die Steigerung des Bedienungskomforts gibt es bisher keine Schritte.

Darstellung der Erfindung

[0012] Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt eine handgeführte Laserreinigungsmaschine mit gesteigertem Arbeitskomfort und erleichterter optimalen Strahlführung zu schaffen. Mit der verbesserten Laserreinigungsmaschine können reproduzierbare Reinigungsergebnisse auch von Laien einfach erreicht werden.

[0013] Ein weiterer Vorteil ist die Steigerung der Arbeitssicherheit beim Umgang mit dem handgeführten Laserreinigungsmaschine.

[0014] Variationen von Merkmalskombinationen bzw. geringfügige Anpassungen der Erfindung sind in der Detailbeschreibung zu finden und in die abhängigen Patentansprüche aufgenommen worden.

Beschreibung

[0015] Die hier beschriebene Laserreinigungsmaschine basiert auf bekannten oben beschriebenen Systemen und weist eine Hochleistungselektronik mit Steuergerät in einem Elektronikgehäuse mit Netzteil auf, wobei am Elektronikgehäuse eine Anzeige und Bedienelemente angeordnet sind. Entsprechend ist die Hochleistungselektronik aus dem Stand der Technik bekannt und weist ein Steuergerät auf, an welchem über eine Laserführungsleitung ein handgeführter Bearbeitungsmanipulator an der Hochleistungselektronik angeschlossen ist.

[0016] Dieser Bearbeitungsmanipulator weist, wie aus dem Stand der Technik bekannt, einen Handgriff und einen Lauf auf und kann wie üblich wie eine Pistole geformt sein. Am Lauf ist ein An-/Ausschalter angebracht, mit welchem der Laserstrahl aktiviert und deaktiviert werden kann, indem über den Anschluss an das Steuergerät die Erzeugung des Laserstrahls in der Hochleistungselektronik gesteuert wird. Der Bearbeitungsmanipulator erzeugt einen aufgefächerten Laserstrahl. Die dafür notwendigen Mittel werden hier allgemein Optik genannt und sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dieser Laserstrahl ist absichtlich defokussiert oder aufgefächert, um eine grössere Fläche auf einmal zu bearbeiten. Dies führt zu einer geringeren Energiedichte pro Flächeneinheit, wodurch der Gegenstand bzw. die Oberfläche des Gegenstandes schonender behandelt wird, gleichzeitig aber grössere Flächen schneller und gleichmässig gereinigt werden können. Durch die Anordnung des Bearbeitungsmanipulator via der Laserführungsleitung am Steuergerät bzw. der Hochleistungselektronik kann eine Bewegung des handführbaren Bearbeitungsmanipulators in frei wählbaren Abständen über die zu reinigende Oberfläche des Gegenstandes durchgeführt werden.

[0017] Hier wird der handgeführte Bearbeitungsmanipulator, welcher zwingend an der Hochleistungselektronik angeschlossen ist, optimiert ausgestaltet, um die gestellte Aufgabe zu lösen.

[0018] Im Wesentlichen ist im Verlauf des Laufes oder am Handgriff oder mindestens teilweise an der Hochleistungselektronik eine Abstandsmesseinrichtung befestigt und mit dem An-/Ausschalter am Lauf und/oder mit der Hochleistungselektronik bzw. dem Steuergerät über die Laserführungsleitung elektronisch verbunden. Es können Teile der Abstandsmesseinrichtung am Elektronikgehäuse bzw. der Hochleistungselektronik angeordnet sein, sodass eventuell der Sensor am handgeführter Bearbeitungsmanipulator und eine Distanzmessungselektronik beabstandet vom Bearbeitungsmanipulator an der Hochleistungselektronik angeordnet ist.

[0019] Die Abstandsmesseinrichtung kann entweder als Laser-Distanzmesser, als Ultraschall-Distanzmesser oder als mechanischer Distanzmesser ausgestaltet sein. Dazu ist Abstandsmesseinrichtung elektrisch verbunden mit dem An-/Ausschalter und/oder dem Steuergerät respektive der Hochleistungselektronik. Sobald der An-/Ausschalter betätigt wird, misst die Abstandsmesseinrichtung den Abstand vom handgeführten Bearbeitungsmanipulator zum zu reinigenden Gegenstand.

[0020] Der Laser-Distanzmesser kann wahlweise mit dem reflektierten Laserstrahl des Reinigungsprozesses oder mit einem Zusatzlaserstrahl arbeiten, um die Entfernung des Bearbeitungsmanipulators vom zu reinigen Werkstück zu bestimmen. Dazu muss ein Detektor im Laser-Distanzmesser auf den verwendeten Laser eingestellt sein.

[0021] Einsetzbare Ultraschall-Distanzmesser sind kommerziell erhältlich und sie nutzen Schallimpulse im Ultraschallbereich, wobei die Zeitspanne zwischen Aussenden und Empfangen der Schallwellen gemessen und die aktuelle Distanz gemessen wird. Die Messgenauigkeit dieser Ultraschall-Distanzmesser ist gerade ausreichend für die Anwendung im Bereich Laserreinigung und liegt zwischen 1cm und 50cm, bevorzugt zwischen 16cm und 254cm

[0022] Mit der Abstandsmesseinrichtung ist eine Abstandsanzeige elektrisch verbunden, welche am Lauf oder am Handgriff befestigt bzw. in diese eingelassen ist. Wahlweise könnte die Abstandsmesseinrichtung auch an der Hochleistungselektronik bzw. dem Elektronikgehäuse angeordnet sein. Bevorzugt sollte die Abstandsmesseinrichtung mikroprozessorgesteuert ausgestaltet sein. Die Abstandsanzeige sollte bevorzugt am Lauf angeordnet sein, da dort der aktuelle Abstand zwischen Bearbeitungsmanipulator und zu reinigender Oberfläche des Gegenstandes am einfachsten ablesbar ist.

[0023] Die Abstandsanzeige kann optisch durch mehrere einfarbige LEDs gebildet sein. Dabei kann die Anzahl leuchtender LEDs die optimale Reinigungsdistanz anzeigen und der Bediener kann die Handführung entsprechend daran orientieren. Die Anzahl leuchtender LEDs kann umgekehrt proportional zum Abstand sein und die Konstanz des aktuellen Abstandes angeben. Diese Abstandsanzeige kann Mikrokontroller-basiert sein und die Abstandsmesseinrichtung ebenfalls, wodurch exaktere Messungen und schnelle Reaktionszeiten möglich sind.

[0024] In der Abstandsanzeige können auch mindestens eine Farb-LED mit mehreren Farben, sogenannte RGB-LEDs, RGBW, RGBWW, CMYK oder HSV-LEDs verbaut sein, welche je nach leuchtender Farbe auf einen geeigneten Abstand, z.B. grün, hinweisen oder durch rotes Leuchten einen zu grossen oder zu geringen Abstand signalisieren. Diese Abstandsanzeige sollte Mikrokontroller-basiert sein, da die unterschiedlichen Farben exakt und einfach mittels Mikrokontroller programmierbar sind.

[0025] Wenn bereits ein Mikrokontroller verwendet wird, kann auch ein aufwändigerer Abstandsbildschirm als Alphanumerische Displays, als Dot-Matrix-Display oder Segmentdisplay benutzt werden, welcher direkt den Abstand in Abstandsmasseinheiten wie Millimetern oder Zentimetern ablesbar anzeigt. Eine zusätzliche Farbgebung kann zusätzlich auf die Güte des aktuellen Abstandes hinweisen.

[0026] Als Abstandsanzeige kann aber auch ein akustisches Signal durch einen Lautsprecher, Piezosummer oder Buzzer, je nach aktuellem Abstand des Bearbeitungsmanipulators vom Werkstück, ausgegeben werden. Diese Art der Abstandsanzeige kann recht einfach mit analogen elektrischen Komponenten gelöst werden, ist aber nicht weniger komfortabel. Dabei wird neben der Amplitude, die Frequenz des Tons oder die Wiederholungsrate von Tönen eingesetzt, um den Bediener während des Reinigungsprozesses auf den aktuellen Abstand hinzuweisen.

[0027] Optional ist zusätzlich zur Abstandsmesseinrichtung eine Schutzabschaltung, elektrisch verbunden mit der Abstandsmesseinrichtung und automatisch ablaufend, vorgesehen. Diese kann beispielsweise bei detektierten Abständen von 30cm und mehr, den Laseraustritt ausschalten bzw. gar nicht erst anschalten. Damit ist durch die beschriebenen Abstandsmesseinrichtung, welche mit dem An-/Ausschalter und der Hochleistungselektronik bzw. dem Steuergerät verbunden ist, eine zweite automatische Notabschaltung oder Schutzabschaltung bei Überschreitung eines kritischen Abstandes erreicht, wobei der Laserstrahl am An-/Ausschalter oder an der Hochleistungselektronik rückgekoppelt, Mikrokontroller-gesteuert und automatisiert ausgeschaltet wird

Claims (10)

1. Laserreinigungsmaschine, umfassend eine Hochleistungselektronik mit Steuergerät in einem Elektronikgehäuse mit Netzteil, indem am Elektronikgehäuse eine Anzeige und Bedienelemente angeordnet sind, wobei ein handgeführter Bearbeitungsmanipulator, umfassend einen Handgriff und einen Lauf mit An-/Ausschalter ausgestattet, mittels einer Laserführungsleitung am Steuergerät bzw. der Hochleistungselektronik wirkverbunden handführbar und beabstandbar angeschlossen ist, wobei ein aufgefächerter Laserstrahl mittels ein Optik erzeugbar und frei in wählbaren Abständen über eine zu reinigende Oberfläche eines Gegenstandes führbar ist, dadurch gekennzeichnet,dass im Verlauf des Laufes oder am Handgriff oder mindestens teilweise an der Hochleistungselektronik des Bearbeitungsmanipulators eine Abstandsmesseinrichtung befestigt ist, wobei die Abstandsmesseinrichtung mit einer Abstandsanzeige elektrisch verbunden ist, welche im Verlauf des Laufes oder am Handgriff oder dem Elektronikgehäuse der Hochleistungselektronik befestigt ist, sodass im Reinigungsbetrieb zu jeder Zeit ein aktueller Abstand zwischen dem Lauf und der zu reinigenden Oberfläche des Gegenstandes durch optische oder akustische Mittel anzeigbar ist.

2. Laserreinigungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Abstandsmesseinrichtung als Laser-Distanzmesser, den reflektierten Laserstrahl des Reinigungsprozesses nutzend und Mikroprozessor gesteuert den Abstand auf der Abstandsanzeige anzeigend, ausgeführt ist.

3. Laserreinigungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Abstandsmesseinrichtung als Laser-Distanzmesser ausgeführt ist, welche einen Zusatzlaserstrahl nutzt und unabhängig vom reflektierten Laserstrahl des Reinigungsprozesses arbeitet, Mikroprozessor gesteuert den jeweils aktuellen Abstand auf der Abstandsanzeige anzeigt.

4. Laserreinigungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Abstandsmesseinrichtung als Ultraschall-Distanzmesser ausgeführt ist, durch welchen ein Abstand zwischen Lauf und Oberfläche im Bereich von 1cm bis 100cm auf der Abstandsanzeige anzeigbar ist.

5. Laserreinigungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstandsanzeige am Lauf befestigt angeordnet ist.

6. Laserreinigungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstandsanzeige optisch durch mehrere einfarbige LEDs gebildet ist, wobei die Anzahl leuchtender LEDs umgekehrt proportional zum Abstand ist und die Konstanz des aktuellen Abstandes angibt.

7. Laserreinigungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abstandsanzeige Mikrokontroller-basiert ist und mindestens eine Farb-LED aufweist, sodass durch verschiedenfarbiges Leuchten unterschiedliche Abstände signalisiert werden.

8. Laserreinigungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abstandsmesseinrichtung und die Abstandsanzeige Mikrokontroller-basiert sind und die Abstandsanzeige als Abstandsbildschirm in Form eines Alphanumerische Displays, als Dot-Matrix-Display oder Segmentdisplay ausgeführt ist, welcher den Abstand direkt ablesbar anzeigt.

9. Laserreinigungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstandsanzeige einen angesteuerten Lautsprecher, Piezosummer oder Buzzer aufweist, wobei die Amplitude, die Frequenz oder die Wiederholungsrate von Tönen als akustisches Signal für den aktuellen Abstand zwischen Bearbeitungsmanipulator und Oberfläche dient.

10. Laserreinigungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine automatische Schutzabschaltung durch Auswertung der mittels Abstandsmesseinrichtung gemessener Abstände ausgestaltet ist, wobei bei Überschreitung eines kritischen Abstandes, der Laserstrahl am An-/Ausschalter oder an der Hochleistungselektronik rückgekoppelt, Mikrokontroller-gesteuert und automatisiert ausgeschaltet wird.