CZ251499A3 - Způsob a zařízení ke kontrole stavu ochranného skla v souvislosti s laserovým obráběním - Google Patents

Abstract

Ochranné sklo (3)je umístěno mezi obrobkem(2) a laserovou optikou (1) v laserovémobráběcímsystému, přičemž tímto ochrannýmsklem má procházet obráběcí laserovýpaprsek(6). S ochranným sklem(3)je spojen fotodetektor (8) pro detekci záření rozptýleného nečistotami a prachovými částicemi (5) na povrchu ochranného skla.

Description

Způsob a zařízení ke kontrole stavu ochranného skla v souvislosti s laserovým obráběním

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká způsobu a zařízení ke kontrole stavu ochranného skla umístěného mezi obrobkem a laserovou optikou v laserovém obráběcím systému, přičemž tímto ochranným sklem má procházet obráběcí laserový paprsek nebo jiné v podstatě koaxiální záření před zaostřením na obrobek.

Dosavadní stav techniky

K ochraně optických komponent laserových obráběcích systémů, například v laserových svařovacích nebo rycích zařízeních, se v dosavadním stavu techniky používají ochranná skla. Taková ochranná skla se tehdy umísťují mezi laserovou optiku a předmět (obrobek), jenž má být obráběn, a zabraňují pronikání nečistot a prachu vznikajícího při obrábění do laserové optiky.

Během procesu obrábění se taková ochranná skla postupně zanášejí Částicemi nečistoty odstraňovanými z obrobku, takže je negativně ovlivněn laserový paprsek procházející sklem a následně i obráběcí proces. Část dopadajícího laserového záření je absorbována a rozptýlena na částicích nečistoty a prachu usazených na povrchu skla. Část rozptýleného záření zachycují stěny ochranného skla a vedou ji směrem k obvodovým oblastem skleněné destičky. Čím více nečistoty a prachových částic se usadí na povrchu skla, tím více je rozptylován dopadající laserový paprsek.

Jelikož dopadající laserový paprsek je rovněž pracovním, obráběcím paprskem, je pochopitelné, že taková absorpce a rozptyl paprsku je nežádoucí, protože se tím snižuje hustota výkonu soustředěného paprsku. Toto je nevýhodné zejména v laserových svařovacích systémech, jelikož se tím snižuje svařovací kapacita. Je to však nevýhodné například také u laserových rycích systémech toho typu, jenž je znázorněn ve švédském patentu číslo 9403349-5, kde jsou vyráběny malé komplexní ryté obrazce pomocí laserového paprsku. Pokud je paprsek neostrý v důsledku rozptylu, nemůže být dodržena dobrá kvalita obrazce nebo písma vytvářeného laserovým paprskem.

Navíc existuje riziko přelomení ochranného skla v případě přílišného zanesení nečistotou. Z těchto důvodů je nutná pravidelná výměna ochranných skel.

Doposud byla kontrola ochranných skel prováděna převážně vizuálně, což je však náročný úkol, protože tato skla jsou často obtížně přístupná a sledovatelná. Během takové kontroly je rovněž nutno odstavit obráběcí zařízení, což je samozřejmě nevýhodné.

Existuje proto potřeba více automatické kontroly ochranného skla, která by mohla být prováděna průběžně bez narušení obráběcího procesu.

Fodstata vynálezu

Podle předkládaného vynálezu je taková kontrola prováděna pomocí fotodetektoru určeného ke sledování (detekci) úrovně záření rozptýleného nečistotami a prachovými částicemi usazenými na povrchu ochranného skla.

*· · »·«

Podle přednostního provedení vynálezu je fotodetektor obrácen směrem ke hraně ochranného skla, detekuje tedy úroveň záření, jež dosáhlo okraje ochranného skla.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji vysvětlen níže s odkazem na přiložené obrázky, které schématicky ilustrují systém pro detekcí stavu ochranného skleněného zařízení.

Obrázek 1 zobrazuje typické, konvenční uspořádání ochranného skleněného zařízení v laserovém obráběcím systému, obrázek 2 zobrazuje uspořádání podle vynálezu a obrázek 3 zobrazuje alternativní uspořádání s optickým vláknem.

Příklady provedení vynálezu

Obrázek 1 schématicky znázorňuje zaostřovací optické uspořádání, symbolizované čočkou 1, jež koncentruje dopadající laserové záření na obrobek 2. Může jít o svařovací systém, rycí systém jako například systém znázorněný v SE 9403349-5, řezací systém nebo jakýkoli jiný laserový obráběcí systém. Ve všech takových obráběcích systémech vznikají z obrobku během procesu obrábění nečistoty a prachové částice. Aby se zabránilo pronikáni takových částic do zaostřovací optiky, umísťuje se mezi obrobek 2 a zaostřovací čočku 1 ochranné sklo 3. Ochranné sklo se upevňuje do držáku 4 a má kruhovou obvodovou okrajovou část.

Nečistota a prachové částice produkované během procesu obrábění se tedy usazují na povrchu ochranného skla 3. To znamená, že tyto částice nemohou pronikat do mnohem citlivějšího

- » · ’ * · φ ♦ ♦ * » ·» · · · ····· • · · · * « ··· *· ··* ··· «* ·· optického systému, ale nevýhodou takového systému je to, že částice se postupně hromadí na povrchu skla a způsobují nežádoucí rozptyl nebo odchylování dopadajícího laserového záření. Jak bylo uvedeno v úvodní části specifikace, skla se z tohoto důvodu musí pravidelně vyměňovat.

Obrázek 2 předvádí uspořádání podobné uspořádání z obrázku 1, ale zahrnující navíc prostředek ke kontrole stavu ochranného skla 3 ohledně nečistoty a prachových částic nebo jakékoli jiné kontaminace povrchu skla, jež způsobuje rozptyl dopadajícího laserového záření 6. Na obrázku je rovněž znázorněno, jak některé částice 5 zachycené na povrchu skla způsobují rozptyl světla 7.

Toto rozptýlené světlo částečně zachycují stěny ochranného skleněného zařízení a vedou je směrem k obvodové části ochranného skleněného zařízení, tj. k okrajové stěně 9 na obrázku .

Fotodetektor 8 je umístěný tak, že fotosenzitivní povrch je obrácený směrem k okraji 9 tak, aby bylo na okraji detekováno rozptýlené světlo, jež je indikátorem nánosu nečistoty na ochranném skle. Fotodetektor sleduje množství záření rozptýleného částicemi na povrchu ochranného skla. Jakmile signál z detektoru dosáhne jisté úrovně, může být signalizováno, že je čas k výměně ochranného skla. Výhodou takové kontroly detektorem je to, že stav ochranného skla lze kontrolovat průběžně během obráběcího procesu.

Ledováním okrajového povrchu 9 ochranného skla lze dosáhnout toho, že rozptyl světla způsobený částicemi na povrchu ochranného skla bude v podstatě nezávislé na konkrétním umístění částice na povrchu skla. Toto závisí na tom, že mnohonásobné odrazy na ledovaném povrchu zvýší rovnoměrnost intenzity světla z okraje 9.

··· ···

V alternativním provedení znázorněném na obrázku 3 je rozptýlené světlo z okraje 2 vedeno optickým vláknem 10 připojeným k fotodetektoru 8 umístěnému v jisté vzdálenosti od optického systému.

Experimenty ukázaly, že signál detektoru má velký rozsah intenzity. I nové ochranné sklo má rovněž jistou úroveň rozptýleného světla, referenční úroveň. Když detekované rozptýlené světlo dosáhne úroveň, která je 100-násobkem referenční úrovně, ochranné sklo může být dále používáno, ale zjevně je znečištěné. Když rozptýlené světlo dosáhne úroveň 1000-násobku referenční úrovně, ochranné sklo je natolik znečištěné, že by mělo být vyměněno.

Měření úrovně rozptýleného světla v závislosti na umístění znečišťujících částic ukázalo, že u ledovaného povrchu okraje je signál detektoru v podstatě nezávislý na umístění znečišťujících částic, pokud jsou znečišťující částice umístěné v oblasti vnitřních 80% průměru ochranného skla.

Namísto rozptýleného záření z obráběcího laserového paprsku (výkonového laserového paprsku) lze použít rozptýlené záření z jakéhokoli jiného zdroje v podstatě koaxiálního optického záření, například záření z kontrolního měřícího laseru typu HeNe nebo z laserové diody. Takové záření by pak mělo mít jinou vlnovou délku než výkonový obráběcí laserový paprsek a detektor by měl být opatřen optickým filtrem pro detekci záření pouze této vlnové délky.

Jednou výhodou využití takového doplňkového záření ke kontrole ochranného skla je to, že měření může být prováděno nezávisle na obráběcím procesu, tzn. že měřící operace může probíhat i při vypnutém výkonovém laserovém paprsku a měřící signál je také nezávislý na jakýchkoli změnách výkonu během obráběcího procesu.

···

I > » * · · · ··* • · * · ♦ · a ·· «· «·· «*· ·· ··

Vynález není omezen pouze na výše popsané příklady, ale může být obměňován v rámci rozsahu připojených nároků. Vynále může být také kombinován s jinými způsoby zabraňování usazová ní nečistot na povrchu ochranného skla, například příčnou tryskou nebo axiálním foukáním.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob pro kontrolu stavu ochranného skla (3), jež je umístěno mezi obrobkem a laserovou optikou v laserovém obráběcím systému, kde obráběcí laserový paprsek nebo případně jakékoli jiné záření, které je koaxiální s obráběcím laserovým paprskem, prochází ochranným sklem, vyznačující se tím, že s okrajem (9) ochranného skla (3) je spojen fotodetektor (8) pro sledování záření rozptýleného k tomuto okraji nečistotami a prachovými částicemi zachycenými na ochranném skle (3).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozptýlené záření je vedeno od ochranného skla (3) k fotodetektoru (8) optickým vláknem (10).
3. 3. Zařízení ke kontrole stavu ochranného skla (3), jež je umístěno mezi obrobkem a laserovou optikou v laserovém obráběcím systému, kde obráběcí laserový paprsek nebo případně jakékoli jiné záření, které je koaxiální s obráběcím laserovým paprskem, prochází ochranným sklem, vyznačující se tím, že obsahuje fotodetektor (8) pro sledování záření rozptýleného nečistotami a prachovými částicemi (5) zachycenými na ochranném skle (3), kteréžto záření dosáhlo okraje (9) ochranného skla.
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že povrch okraje (9) ochranného skla je ledován pro dosažení rovnoměrnosti intenzity světla vycházejícího z okraje.
5. 5. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje optické vlákno (10) pro přenos rozptýleného záření z ochranného skla (3) do fotodetektoru (8).

   ♦ · ·φ« ··· φ · ··· ·· • « · · · • · · · · · V* ·*

   - 8
6. 6. Zařízeni podle nároku 5, vyznačující se tím, že povrch okraje (9) ochranného skla je ledován pro dosažení rovnoměrnosti intenzity světla před jeho přenosem do fotodetektoru (8) pomocí zmíněného optického vlák na (10).
7. 7. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že fotodetektor (8) signalizuje dosažení určité úrovně signálu.
8. 8. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 3 až 7, vyznačující se tím, že fotodetektor (8) obsahuje filtr pro detekci rozptýleného záření pocházejícího jenom ze záření v podstatě koaxiálního s obráběcím laserovým paprskem, ale s jinou vlnovou délkou.