DE10005592C1

DE10005592C1 - Manually- or machine-guided laser for welding cutting, coating or hardening, includes optics directing beam for oblique angle of incidence and reflection

Info

Publication number: DE10005592C1
Application number: DE10005592A
Authority: DE
Inventors: Horst Exner; Sascha Kloetzer; Robby Ebert; Jan Drechsel; Volker Neumann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2020-02-10

Abstract

A unit (4) couples-in or produces the laser beam. The beam is directed at an angle of 5-45 deg with respect to the normal at the surface being processed (8). In the optical path, a transparent- and optionally focusing disc optic (15) can be swung relative to the beam. A further optic (18) is located in the beam (17) reflected from the surface being processed. This includes a sensor (20). A further sensor (11) is located in the beam ahead of the processed surface. A controller in the laser tool is connected with the sensors and the beam generator (2). An imaging system is connected via an image processing system (12) to a display (13) either forming part of the tool or external to it. A nozzle is spaced above the processing location, out of the beam.

Description

Die Erfindung betrifft hand- und maschinenführbare Laserwerkzeuge zur Bearbeitung von Werkstücken.The invention relates to hand and machine-operated laser tools for machining Workpieces.

Bekannte handführbare Vorrichtungen zum Laserschweißen von Werkstücken wie unter anderem in der DE 196 36 458 (Manuell zu positionierende und zu betätigende Einrichtung zum Laserstrahlschweißen) weisen einen relativ großen Bearbeitungskopf mit innenliegenden Achsen oder Scannern auf, um eine in der Länge und im Querschnitt genügend große Schweiß naht zu erzeugen. Die Öffnung für den senkrecht geführten Laserstrahl entspricht der Reich weite der eingebauten Achsen und umfasst mehrere cm². Eine universelle Einsetzbarkeit für andere Verfahren ist nicht gegeben.Known hand-held devices for laser welding workpieces, such as in DE 196 36 458 (device for laser beam welding to be positioned and operated manually), have a relatively large machining head with internal axes or scanners for welding that is sufficiently large in length and cross section to create a seam. The opening for the vertically guided laser beam corresponds to the range of the installed axes and covers several cm ² . There is no universal applicability for other processes.

Ein bis 5° schräggestellter Laserstrahl wird bei maschinengeführten Laserköpfen zur Vermei dung von Schäden durch den reflektierten Strahl z. B. bei der Bearbeitung von Aluminium an gewandt. Dabei wird der ganze Laserkopf einschließlich Blasgasdüse geschwenkt. In der DE 298 15 556 U1 (Materialbearbeitungssystem mittels Hochleistungsdiodenlaser) ist ein Laserbearbeitungssystem beschrieben, bei dem ein Laserstrahl unter einem Winkel schräg auf die Bearbeitungsstelle gerichtet und die unter dem selben Winkel reflektierte Laserstrah lung von einem optischen Detektor erfasst ist. Dieser Detektor ist mit einer im Werkzeug integrierten Steuer- und Regeleinrichtung verbunden, die auch auf die Laserstrahlquelle ein wirkt. Bei dem Laserstrahl handelt es sich um einen Pilotlaserstrahl, der zum Einen dem Einhalt eines definierten Abstandes zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück und zum Anderen der Realisierung eines vorbestimmten Winkels des Werkzeugs zum Werkstück dient. In der JP 09-220 688 A (Handbetätigtes Laserbearbeitungssystem) ist ein handführbares Laserbearbeitungswerkzeug angegeben, das über der Bearbeitungsstelle ein Bildaufnahme system außerhalb der Achse des Laserstrahles aufweist. Damit wird eine direkte Beobachtung der Bearbeitungsstelle mit dem ungeschützten Auge vermieden, wodurch eine erhöhte Sicherheit erreicht wird. Allerdings erfolgt eine schräge Beobachtung der Bearbeitungsstelle, so dass insbesondere bei einer großflächigen Bearbeitung Einschränkungen gegeben sind. Aus der DE 37 10 816 A1 (Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls) ist ansich bekannt, zur Ermittlung der verfügbaren Laserstrahlenergie einen Sensor einzusetzen, der mit einem Prozessrechner verbunden ist, um die Laserstrahlquelle steuern zu können. Eine Auswertung erfolgt dabei dahingehend, ob der Bearbeitungsprozess planmäßig verläuft oder zu Unregelmäßigkeiten führt. Eine direkte Beobachtung der Bearbei tungsstelle ist nicht möglich.A laser beam inclined up to 5 ° is avoided with machine-guided laser heads damage caused by the reflected beam z. B. when processing aluminum agile. The entire laser head including the blowing gas nozzle is swiveled. DE 298 15 556 U1 (material processing system using high-power diode laser) described a laser processing system in which a laser beam is inclined at an angle aimed at the processing point and the laser beam reflected at the same angle tion is detected by an optical detector. This detector is with one in the tool integrated control and regulating device connected to the laser beam source works. The laser beam is a pilot laser beam, which on the one hand stops a defined distance between the tool and the workpiece and to the other the realization of a predetermined angle of the tool to the workpiece. In JP 09-220 688 A (manually operated laser processing system) is a handheld Laser processing tool specified that an image acquisition above the processing point System outside the axis of the laser beam. This is a direct observation the processing site with the unprotected eye avoided, which increases security is achieved. However, the processing point is observed obliquely, so that There are restrictions, particularly in the case of large-area machining. From DE 37 10 816 A1 (device for machining a workpiece by means of a Laser beam) is known per se to determine the available laser beam energy To use a sensor that is connected to a process computer to the laser beam source to be able to control. An evaluation is carried out to determine whether the machining process is proceeding according to plan or leading to irregularities. A direct observation of the processing is not possible.

Ein maschinenführbares Werkzeug, bei dem der Bearbeitungslaserstrahl schräg auf die Bear beitungsstelle gerichtet ist und ein Strahlungssensor in Strahlrichtung des reflektierten Laser strahles angeordnet ist, ist aus der JP 08-118 056 A bekannt. Eine Beobachtung der Bearbei tungsstelle ist dabei nicht vorgesehen.A machine-operated tool in which the machining laser beam is applied obliquely to the bear beitungsstelle is directed and a radiation sensor in the beam direction of the reflected laser is arranged is known from JP 08-118 056 A. An observation of the processing ting point is not provided.

In der DE 39 38 029 A1 (Mobile Laser- Schneideinheit) wird der Laserstrahl durch eine gegenüber dem Laserkopf feststehenden Reflexionsscheibe zum Abschirmen der Reflexions strahlen geführt, die für eine Orientierung weiterhin mit bestimmten Linien versehen ist. Diese Reflexionsscheibe dient damit zum Einen dem Schutz vor den Reflexionsstrahlen und zum Anderen als Positionier- und Führungshilfe bei der Bearbeitung des Werkstückes. Aus der JP 09-300 088 A (Handführbares Laserstrahlwerkzeug) ist insbesondere eine Kopp lung zwischen einem Bildaufnahmesystem der Bearbeitungsstelle im Werkzeug und eine damit verbundene Bildwiedergabeeinrichtung bekannt. Die Bildwiedergabeeinrichtung ist ein Display, das tragbar am Kopf des Bearbeiters angeordnet ist, so dass dieser während der Bearbeitung des Werkstückes die Hände frei bewegen kann.In DE 39 38 029 A1 (mobile laser cutting unit) the laser beam is transmitted through a reflection plate fixed to the laser head to shield the reflection rays guided, which is still provided with certain lines for orientation. This Reflective disk thus serves on the one hand to protect against the reflection rays and on the other Others as a positioning and guiding aid when machining the workpiece. From JP 09-300 088 A (hand-held laser beam tool) is a Kopp in particular between an image recording system of the processing point in the tool and a connected image display device known. The image display device is a display, which is portable on the head of the processor so that it is during processing hands can move freely.

Eine Kombination aus Laser- und Flüssigkeitsstrahl wird bisher dadurch realisiert, dass der Laserstrahl in einen Wasserstrahl mittleren Drucks gespiegelt wird. Dabei wird der Wasser strahl als Lichtwellenleiter genutzt. Dafür sind aufwendige Vorrichtungen notwendig.A combination of laser and liquid jet has so far been realized in that the Laser beam is reflected in a water jet of medium pressure. The water beam used as an optical fiber. This requires complex devices.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Bearbei tungsstelle während des Bearbeitungsvorganges bei hand- und maschinengeführten Laser werkzeugen zu beobachten und/oder die Laserbearbeitung eines Werkstückes zu ermöglichen. The invention specified in claim 1 is based on the problem, the machining tation point during the machining process for hand and machine-operated lasers to observe tools and / or to enable the laser processing of a workpiece.

Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is solved with the features listed in claim 1.

Das hand- und maschinenführbare Laserwerkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Laserstrahl zum Schweißen, Beschichten, Härten oder Schneiden von Werkstücken schräg mit einem Winkel größer/gleich 5° und kleiner/gleich 45° auf die Bearbeitungsstelle fällt. Dadurch ist es möglich, eine Entkopplung von Beobachtung/ Detektierung der Bearbeitungsstelle und der Bearbeitung und/oder weiterer Bearbeitungs technologien zu schaffen. Durch den schräg auftreffenden Laserstrahl als Bearbeitungsstrahl bleibt die senkrechte Achse gegenüber der Bearbeitungsstelle für die Beobachtung/Detek tierung und/oder eine weitere Bearbeitung frei.The hand and machine-operated laser tool for machining workpieces is particularly characterized in that the laser beam for welding, coating, hardening or Cutting workpieces at an angle with an angle greater than or equal to 5 ° and less than or equal to 45 ° falls on the processing point. This makes it possible to decouple observation / Detection of the processing point and the processing and / or further processing to create technologies. Due to the obliquely incident laser beam as a processing beam the vertical axis remains opposite the processing point for observation / detection tion and / or further processing free.

Die weitere Bearbeitung ist dabei z. B. ein durch eine Düse auf die Bearbeitungsstelle senkrecht fallender Gas- oder Flüssigkeitsstrahl, durch den das durch den Laserstrahl aufgeschmolzene Material des Werkstücks aus der Schnittfuge herausgedrückt wird. Die senkrechte Positionie rung der dazu notwendigen Düse im Laserwerkzeug garantiert zur Werkstückoberfläche recht winklige Schnittflächen.The further processing is z. B. a through a nozzle perpendicular to the processing point falling gas or liquid jet, through which the melted by the laser beam Material of the workpiece is pressed out of the kerf. The vertical position The required nozzle in the laser tool is guaranteed to face the workpiece surface angled cutting surfaces.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, da der von der Bearbeitungsstelle reflektierte Strahl durch ein optisches Element definiert weiterbehandelt werden kann. Der Strahl kann durch unterschied liche Ausbildung des optischen Elementes z. B. zur Erzeugung eines Doppelfokus (Schweißen von Aluminium) oder zum Vor- und Nachwärmen der Bearbeitungsstelle (Schweißen spröd harter Materialien) genutzt werden. Eine Schädigung des Werkzeuges bei der Bearbeitung stark reflektierender Materialien wird vermieden.Another advantage arises because the beam reflected by the processing point through a optical element can be further processed in a defined manner. The beam can be distinguished by Liche training of the optical element z. B. to generate a double focus (welding of aluminum) or for preheating and reheating the processing point (welding brittle hard materials) can be used. Damage to the tool during machining highly reflective materials are avoided.

Insbesondere eine schwenkbare Scheibe in der optischen Achse des Laserstrahles in Strahlrich tung nach der Laserstrahlen erzeugenden, auskoppelnden oder formenden Einrichtung im Laserwerkzeug führt zu einer oszillierenden Bewegung des Laserstrahles quer zur Richtung der Führungsbewegung. Dieser Sachverhalt ist besonders beim Schweißen von Vorteil, wobei mit einem breiten Laserstrahl größere Kantenunebenheiten der zu schweißenden Körper bei gleichbleibender Verfahrbewegung überbrückbar sind. Das ist sowohl bei einem hand- als auch einem maschinengeführten Laserwerkzeug besonders vorteilhaft. Im zweiten Fall ist die Genauigkeitsanforderung an die Maschine z. B. eines Roboters nicht so hoch, so dass eine wesentliche Kostenersparnis gegeben ist. In particular, a pivotable disc in the optical axis of the laser beam in the beam direction device after the laser beam generating, decoupling or shaping device in the Laser tool leads to an oscillating movement of the laser beam across the direction the leadership movement. This fact is particularly advantageous when welding, whereby With a wide laser beam, larger unevenness in the edges of the body to be welded constant traversing movement can be bridged. That is both with a hand as well a machine-guided laser tool is particularly advantageous. In the second case it is Accuracy requirements for the machine e.g. B. a robot is not so high that a there is substantial cost savings.

Ein im optischen Element integrierter Strahlungssensor stellt über Differenzbildung zu einem im Strahlengang vor der Bearbeitungsstelle positionierten Streustrahlungssensor ein Signal als direktes Maß für eine Kontrolle der an der Bearbeitungsstelle umgesetzten Energie dar. Dadurch ist die Energieeinbringung während der Bearbeitung über z. B. einen gleichfalls inte grierten Mikrorechner als Steuer- und/oder Regeleinrichtung sehr genau steuerbar. Gegenüber bekannten Einrichtungen wird der Umlenkspiegel eingespart.A radiation sensor integrated in the optical element provides a difference to one scattered radiation sensor positioned in the beam path in front of the processing point as a is a direct measure of control of the energy converted at the processing point. As a result, the energy input during processing via z. B. also inte micro computer as a control and / or regulating device can be controlled very precisely. Compared to known devices, the deflection mirror is saved.

Die Entkopplung von Beobachtung und Bearbeitung führt dazu, dass der reflektierte Laser strahl nicht auf das Bildaufnahmesystem in Form z. B. einer Kamera trifft. Eine dadurch her vorgerufene Zerstörung dieses Bildaufnahmesystems wird verhindert.The decoupling of observation and processing leads to the reflected laser do not beam onto the image recording system in the form of e.g. B. hits a camera. One ago This prevents the destruction of this image recording system.

Eine Bildwiedergabeeinrichtung an oder die Integration einer in das Laserwerkzeug ist beson ders für ein handgeführtes Laserwerkzeug von besonderem Vorteil. Damit ist der Bediener in der Lage, die von ihm gewählte Bearbeitungsstelle entsprechend der Geometrien der zu bear beiteten Werkstücke ständig zu beobachten und auf besondere Bedingungen bei der Bearbei tung zu reagieren.An image display device or the integration of one into the laser tool is special especially advantageous for a hand-held laser tool. The operator is in able to process the selected machining point according to the geometry of the machined workpieces constantly and on special conditions during machining to respond.

Extern angeordnete Bildwiedergabeeinrichtungen sind vorzugsweise bei einem maschinenge führten Laserwerkzeug von besonderem Vorteil. Diese ist z. B. Bestandteil einer komplexen Bedieneinrichtung der Maschine selbst oder mit mehreren Bestandteil einer Überwachungs station.Externally arranged image display devices are preferably used in a machine led laser tool of particular advantage. This is e.g. B. Part of a complex Operating device of the machine itself or with several components of a monitoring system station.

Die Entkopplung der beiden Bearbeitungstechnologien in Form der Laserstrahlbearbeitung und der Bearbeitung mit strömenden Medien führt dazu, dass für die strömenden Medien durch das Nichtvorhandensein von optischen Elementen keine technologischen Begrenzungen z. B. hin sichtlich des Druckes oder des Durchmessers beachtet werden müssen. Der Durchmesser der Düse für das strömende Medium ist unabhängig vom Fokusdurchmesser des Laserstrahles wählbar, insbesondere sind sehr kleine Düsendurchmesser erzielbar.The decoupling of the two processing technologies in the form of laser beam processing and processing with flowing media means that for the flowing media through the Absence of optical elements no technological limitations e.g. B. out the pressure or the diameter must be observed. The diameter of the Nozzle for the flowing medium is independent of the focus diameter of the laser beam selectable, in particular very small nozzle diameters can be achieved.

Der Aufbau des Laserwerkzeugs zeichnet sich weiterhin durch seine einfache Realisierung aus, so dass dieses leicht mit Hand führbar oder an eine Maschine z. B. einen Roboter montierbar ist.The structure of the laser tool is further characterized by its simple implementation, so that this can be easily carried out by hand or on a machine e.g. B. mountable a robot is.

Die Bildwiedergabeeinrichtung kann in einer Brille angeordnet sein, so dass für das Bedien- oder Arbeitspersonal die Beobachtung völlig gefahrlos durchführbar ist. Besonders bei hand geführten Bearbeitungsvorgängen ist das von großer Bedeutung. Sonst für den Laserschutz eingesetzte teure Beobachtungsfenster mit Schutzbeschichtung werden eingespart. Ein weiterer Vorteil der Einrichtung besteht darin, dass die Einrichtung am Kopf trag- und befestigbar ist, so dass die Hände zur Durchführung und Steuerung des Bearbeitungsprozesses frei sind. Damit eignet sich die Einrichtung besonders für kompliziert aufgebaute Körper, die vorzugs weise nur mit Hand bearbeitbar sind, oder für Einzelanfertigungen, die sowohl per Hand als auch maschinell ausführbar sind.The image display device can be arranged in glasses, so that for the operator or workers, the observation can be carried out completely safely. Especially by hand is very important. Otherwise for laser protection Expensive observation windows with protective coatings are saved. Another The advantage of the device is that the device can be carried and attached to the head, so that the hands are free to carry out and control the machining process. This makes the device particularly suitable for complex bodies, which are preferred are only editable by hand, or for one-off productions that are both manual and are also executable by machine.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 17 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 to 17.

Vor allem die Realisierung aller optischen strahlführenden und/oder strahlformenden Einrich tungen aus Kunststoff oder die Ausbildung als Fresnel-Optiken nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 führt zu einem sehr leichten Laserwerkzeug, das insbesondere für ein hand geführtes Laserwerkzeug von besonderer Bedeutung ist. Damit wird eine schnelle Ermüdung des Bedieners unterdrückt. Bei der Maschinenführung ist eine höhere Dynamik erzielbar.Above all, the realization of all optical beam guiding and / or beam shaping devices plastic or training as Fresnel optics after further training Claim 2 leads to a very light laser tool, especially for one hand guided laser tool is of particular importance. This will cause rapid fatigue suppressed by the operator. A higher dynamic can be achieved with the machine guidance.

Eine elliptisch ausgebildete Austrittsstelle des Laserstrahles des Laserwerkzeugs nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 erlaubt eine optimale Anpassung an den schräggestellten Laserstrahl.An elliptical exit point of the laser beam of the laser tool after the Further development of claim 3 allows an optimal adaptation to the inclined Laser beam.

Die Weiterbildungen nach dem Patentanspruch 4 ermöglichen das definierte Abführen/Weg kühlen der von der Bearbeitungsstelle reflektierten Strahlen oder die Erzeugung eines zweiten Fokus zur Verbesserung der Schweißbaddynamik oder die Erzeugung eines ausgedehnten Temperaturfeldes um die Schweißstelle zur Verringerung von durch einen starken Temperatur gradienten induzierten in der Schweißstelle verbleibenden mechanischen Spannungen.The further developments according to claim 4 enable the defined removal / path cool the beams reflected from the processing site or generate a second one Focus on improving weld pool dynamics or generating an extended one Temperature field around the welding point to reduce by a strong temperature gradients induced mechanical stresses remaining in the weld.

Durch Temperatursensoren und/oder Kühleinrichtungen entsprechend der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ist eine Überwachung der Temperatur des optischen Elementes und/oder eine definierte Wärmeabfuhr möglich. Damit erfolgt eine thermische Stabilisierung des Elementes.By temperature sensors and / or cooling devices according to the training of Claim 5 is a monitoring of the temperature of the optical element and / or a defined heat dissipation possible. This results in thermal stabilization of the Element.

Das aus der Pulverdüse entsprechend der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 austretende Material dient insbesondere zum Schweißen oder Auftragsschweißen unter Zuführung von zusätzlichem Material auf die Schweißstelle. Die Pulverdüse ist dabei vorteilhafterweise in Bewegungsrichtung vor der Bearbeitungsstelle oder als Doppeldüse jeweils seitlich ange ordnet.The emerging from the powder nozzle according to the development of claim 6 Material is used in particular for welding or surfacing with the addition of additional material on the weld. The powder nozzle is advantageously in Direction of movement in front of the processing point or as a double nozzle on the side arranges.

Die Anordnung der Austrittsstelle der Pulverdüse im Strahlengang der von der Bearbeitungs stelle reflektierten Strahlen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 führt vorteilhafter weise dazu, dass das auftreffende Pulver sowohl vorgewärmt und als auch dabei gleichzeitig nochmals getrocknet wird. Die Zuführung von eine Oxidation hervorrufenden Sauerstoff in die Schweißnaht wird weiter eingeschränkt. Damit werden mechanische Spannungen in der Schweißnaht weiter vermindert.The arrangement of the exit point of the powder nozzle in the beam path of the processing place reflected rays according to the development of claim 7 leads more advantageous indicate that the impinging powder is both preheated and at the same time is dried again. The supply of oxidizing oxygen into the Weld seam is further restricted. This eliminates mechanical stresses in the Weld seam further reduced.

Eine Kombination des Bildaufnahmesystems mit einer Blasgaseinrichtung nach der Weiterbil dung des Patentanspruchs 8 dient dem Schutz des Bildaufnahmesystems vor aus der Bearbei tungsstelle austretenden Stoffen. Weiterhin ist es damit möglich, gleichzeitig Inertgas zum Schutz der Bearbeitungsstelle, insbesondere vor Sauerstoff, in das Laserwerkzeug einzublasen. Dieses Gas ist vorteilhafterweise gleichzeitig als Kühlmittel des Bildaufnahmesystems oder des gesamten Laserwerkzeugs, insbesondere der optischen Bestandteile, einsetzbar.A combination of the image recording system with a blowing gas device after the further training Extension of claim 8 is used to protect the image recording system from out of work exiting substances. It is also possible to use inert gas at the same time Protection of the processing point, especially against oxygen, to be blown into the laser tool. This gas is advantageously at the same time as a coolant of the image recording system or entire laser tool, especially the optical components, can be used.

Ein Beleuchtungskörper im Laserwerkzeug für die Bearbeitungsstelle nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 dient der Beleuchtung dieser, so dass die Bildqualität gesteigert wird und die Bearbeitungsstelle vor und nach dem eigentlichen Bearbeitungsprozess betrachtet werden kann.A lighting fixture in the laser tool for the machining site after further training of claim 9 is used to illuminate it, so that the image quality is increased and viewed the processing point before and after the actual processing process can be.

Die Düse nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 dient zusammen mit der Druck erhöhenden Einrichtung der Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit der in einem Vorrats behälter gespeicherten Flüssigkeiten oder Gasen, die insbesondere dem Aus- oder Abblasen des durch den Laserstrahl aufgeschmolzenen Materials der Werkstücke dienen. Damit sind auch dicke Werkstücke mit dem Laserstrahl schneidbar und die Schnittfuge ist z. B. mit Wasser effektiv kühlbar. The nozzle according to the development of claim 10 serves together with the pressure increasing facility of increasing the exit velocity of a stock Containers stored liquids or gases, in particular the blowing out or blowing off the serve material of the workpieces melted by the laser beam. With that too thick workpieces can be cut with the laser beam and the kerf is e.g. B. with water effectively coolable.

Der Fasersteckverbinder nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 verhindert eine Ver schmutzung der optischen Elemente des Laserwerkzeuges, da auf der Klappe abgelagerter Schmutz nicht nach innen gelangen kann.The fiber connector according to the development of claim 11 prevents Ver Dirt on the optical elements of the laser tool, as it is deposited on the flap Dirt cannot get inside.

Die Weiterbildung nach Patentanspruch 12 erlaubt eine Führung des Werkzeuges bei Handbe trieb.The development according to claim 12 allows the tool to be guided at Handbe drifted.

Durch die Weiterbildungen des Patentanspruchs 13 ist ein gleichmäßiger Vorschub des Laser werkzeuges bei Handbetrieb möglich. Das Schwungrad gleicht natürliche Abweichungen in der Geschwindigkeit weitestgehend aus. In Verbindung mit einem Differential wird eine gleich mäßige Kurvengeschwindigkeit gewährleistet.Due to the further developments of patent claim 13, the laser is fed uniformly tool possible in manual mode. The flywheel compensates for natural deviations in the Speed as far as possible. In conjunction with a differential, one becomes the same moderate cornering speed guaranteed.

Die Geschwindigkeitsmesseinrichtung nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 14 erlaubt eine nicht aufwendig zu realisierende Messeinrichtung für die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Laserwerkzeuges. Bei einer Geschwindigkeitsabnahme am Differential wird bei Kurvenfahrten automatisch die mittlere Geschwindigkeit registriert.The speed measuring device according to the development of claim 14 allows a measuring device for the processing speed of the Laser tool. If there is a decrease in speed at the differential, when cornering the average speed is automatically registered.

Die Steuer- und/oder die Regeleinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 15 mit dem Strahlungssensor, der Laserstrahlen erzeugenden Einrichtung, dem Temperatursensor, dem Thermostat oder der Kühleinrichtung, dem Transportmechanismus für das Pulver, der Druck erhöhenden oder mindestens konstant haltenden Einrichtung und der Geschwindigkeits messeinrichtung verbunden. Damit steht dem Nutzer ein kompaktes Laserwerkzeug zur Ver fügung. Dieser Sachverhalt wird durch die Weiterbildung des Patentanspruchs 16 durch die am Laserwerkzeug angeordnete Bedieneinrichtung weiter unterstützt.The control and / or regulating device is according to the development of claim 15 with the radiation sensor, the laser beam generating device, the temperature sensor, the thermostat or the cooling device, the transport mechanism for the powder, the Pressure increasing or at least keeping constant device and the speed measuring device connected. This provides the user with a compact laser tool addition. This fact is through the development of claim 16 by the Laser tool arranged operating device further supported.

Mit der die Laserleistung, den Gasstrahl, den Flüssigkeitsstrahl und den Pulverstrom entspre chend der Bearbeitungsgeschwindigkeit, den Einkoppelbedingungen des Werkstückes und den Vorgaben an der Bedieneinrichtung steuernde und/oder regelnde Software in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 17 werden zum Einen die Qualität der Bearbeitung wesentlich gesteigert und zum Anderen die Anforderungen an einen Bediener gesenkt. Dieser Sachverhalt unterstützt den universellen Charakter bei der Anwendung des Laserwerkzeugs wesentlich. Gleichzeitig sind gleichbleibende Qualitäten der Bearbeitungsstelle erzielbar.With which the laser power, the gas jet, the liquid jet and the powder flow correspond according to the machining speed, the coupling conditions of the workpiece and the Specifications on the operating device controlling and / or regulating software in the control and / or control device according to the development of claim 17 become one the quality of the processing increased significantly and on the other hand the requirements lowered an operator. This fact supports the universal character in the Use of the laser tool essential. At the same time, consistent qualities are the Machining point achievable.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in principle in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Darstellung eines Laserwerkzeuges, Fig. 1 is an illustration of a laser tool,

Fig. 2 eine Darstellung eines Laserwerkzeuges mit einer Pulverzuführung durch ein optisches Element, Fig. 2 is an illustration of a laser tool with a powder feed by an optical element,

Fig. 3 eine seitliche Pulverzuführung zur Bearbeitungsstelle, Fig. 3 is a side feeder for powder processing location,

Fig. 4 ein Laserwerkzeug mit Wasser- oder Gasstrahl, Fig. 4 is a laser tool with water or gas jet,

Fig. 5 eine prinzipielle Darstellung einer Einrichtung zur Beobachtung der Bearbeitungsstelle und Fig. 5 shows a schematic representation of a device for monitoring the processing location and

Fig. 6 eine prinzipielle Darstellung einer Einrichtung zur Beobachtung der Bearbeitungsstelle und des Umfeldes. Fig. 6 shows a basic representation of a device for observing the processing point and the environment.

1st embodiment

Das hand- und maschinenführbare Laserwerkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken 1 besteht in einem ersten Ausführungsbeispiel, das vorrangig zum Schweißen oder Härten eingesetzt wird, aus einem Gehäuse 7, in dem eine Laserstrahlen einkoppelnde und formende Einrichtung 4, ein Bildaufnahmesystem und eine Blasgasdüse 10 angeordnet sind.In a first exemplary embodiment, which is primarily used for welding or hardening, the hand-held and machine-operated laser tool for machining workpieces 1 comprises a housing 7 in which a laser beam coupling and shaping device 4 , an image recording system and a blowing gas nozzle 10 are arranged.

Eine Laserstrahlen erzeugende Einrichtung 2 ist in einer ersten Ausführungsform ein faserge führter Hochleistungsdiodenlaser.A laser beam generating device 2 is a fiber-guided high-power diode laser in a first embodiment.

In einer zweiten Ausführungsform wird ein fasergeführter Nd:YAG-Hochleistungslaser einge setzt.In a second embodiment, a fiber-guided Nd: YAG high-power laser is inserted puts.

Der Fasersteckverbinder 3 des Laserwerkzeugs verhindert durch eine sich nach außen öffnende Klappe beim Einstecken des vom Laser kommenden Fasersteckverbinders eine Verschmutzung der optischen Elemente des Laserwerkzeuges, da auf der Klappe abgelagerter Schmutz nicht nach innen gelangen kann. Die Laserstrahlen einkoppelnde und formende Einrichtungen 4 sind so im Gehäuse 7 plaziert, dass die Laserstrahlen schräg mit einem Winkel von 30° über eine Austrittsöffnung 6 im Gehäuse 7 auf die Bearbeitungsstelle 8 treffen. Diese Austrittsöffnung 6 weist die Form einer Ellipse auf.The fiber connector 3 of the laser tool prevents contamination of the optical elements of the laser tool by inserting the flap opening outwards when the fiber connector coming from the laser is inserted, since dirt deposited on the flap cannot get inside. The laser beams coupling and shaping devices 4 are placed in the housing 7 in such a way that the laser beams strike the processing point 8 obliquely at an angle of 30 ° via an outlet opening 6 in the housing 7 . This outlet opening 6 has the shape of an ellipse.

In der Senkrechten und mit einem Abstand über der Austrittsöffnung 6 und damit über der Bearbeitungsstelle 8 befindet sich der optische Eingang mindestens eines Bildaufnahmesystems in Form einer Kamera 9 und eine Blasgasdüse 10. Für die Aufnahme eines Stereobildes der Bearbeitungsstelle 8 sind zwei Kameras 9 im Gehäuse 7 angeordnet. Die Kamera/Kameras 9 ist/sind mit der Blasgaseinrichtung kombiniert.The optical input of at least one image recording system in the form of a camera 9 and a blowing gas nozzle 10 are located perpendicularly and at a distance above the outlet opening 6 and thus above the processing point 8 . Two cameras 9 are arranged in the housing 7 for recording a stereo image of the processing point 8 . The camera / cameras 9 is / are combined with the blowing gas device.

Für eine optimale Ausleuchtung der Bearbeitungsstelle 8 insbesondere vor und nach dem Be arbeitungsvorgang befindet sich ein Beleuchtungskörper im Gehäuse 7 des Laserwerkzeugs. Die Wellenlänge des Beleuchtungskörpers richtet sich nach dem gewünschten Bild der Be arbeitungsstelle 8. Der Beleuchtungskörper ist in der Fig. 1 der Einfachheit halber nicht dar gestellt.For optimal illumination of the machining point 8, in particular before and after the machining operation, there is a lighting fixture in the housing 7 of the laser tool. The wavelength of the lighting fixture depends on the desired image of the processing point 8 . The lighting fixture is not shown in FIG. 1 for the sake of simplicity.

In der optischen Achse des Laserstrahles 5 in Strahlrichtung nach dem Laser oder den Einrich tungen 4 befindet sich schwenkbar eine Scheibe 15 im Gehäuse 7 des Laserwerkzeugs, die aus Kunststoff oder Glas besteht. An der Scheibe 15 ist ein Antrieb 16 in Form eines Elektromag neten, eines Piezoschwingers oder eines Schrittmotors angebracht. Mit der gegenüber dem Laser oder der Einrichtungen 4 pendelnden Bewegung der Scheibe 15 oszilliert der austretende Laserstrahl 5 quer zur Bewegungsrichtung. Damit eignet sich dieser Laserstrahl 5 neben dem Schweißen auch sehr gut zum Härten. In der Fig. 1 ist ein derartig ausgestaltetes Laserwerk zeug prinzipiell dargestellt.In the optical axis of the laser beam 5 in the beam direction after the laser or the Einrich lines 4 is a disc 15 in the housing 7 of the laser tool, which is made of plastic or glass. On the disk 15 , a drive 16 in the form of an electromagnet, a piezo oscillator or a stepping motor is attached. With the movement of the disk 15 oscillating with respect to the laser or the devices 4 , the emerging laser beam 5 oscillates transversely to the direction of movement. In addition to welding, this laser beam 5 is therefore also very suitable for hardening. In Fig. 1 such a configured laser work is shown in principle.

An die Austrittsöffnung 6 der Laserstrahlen 5 des Laserwerkzeugs ist eine Strahlfalle in Form einer bewegbaren Klappe angeordnet. Diese Klappe wird mechanisch über einen daran ange koppelten verschiebbaren Ring oder Stift bewegt. Vorteilhafterweise wird beim Aufsetzen des Laserwerkzeugs auf das Werkstück 1 der Ring oder der Stift in das Gehäuse 7 hineingescho ben, so dass die Klappe gleichzeitig geöffnet wird. Der auf dem Werkstück 1 aufsitzende Ring dient gleichzeitig dem Strahlungsschutz. Dieser ist mit einem diamantähnlichen Kohlenstoff beschichtet, um die Gleiteigenschaften zu verbessern und den Verschleiß zu vermindern. In der Klappe ist ein die reflektierte Reststrahlung 17 der Bearbeitungsstelle 8 aufnehmendes opti sches Element 18 integriert. Als optisches Element 18 ist entweder eine Strahlfalle, ein fokus sierender Spiegel oder ein zerstreuender Spiegel verwendbar. Die einzelnen optischen Elemen te 18 sind austauschbar ausgeführt. Zum Schweißen mit einer definierten in die Bearbeitungsstelle 8 eingebrachten Laserleistung wird eine gekühlte Strahlfalle eingesetzt. Beim Schweißen von Aluminium wird mit einem fokussierenden Spiegel gearbeitet, um einen zweiten Fokus zu erzeugen und die entstehende Dampfkapillare zu vergrößern. Dadurch wird ein besseres Aus gasen der Bearbeitungsstelle bewirkt und eine qualitativ hochwertige Schweißnaht erzeugt. Beim Schweißen von sprödharten Materialien (z. B. Keramik) oder beim Härten wird ein zer streuender Spiegel eingesetzt. Dadurch wird der entstehende Temperaturgradient vermindert, das zu weniger Rissen beim Schweißen oder zu einer Erhöhung der Härtegeschwindigkeit mit einer größeren Haltezeit führt. Das optische Element 18 ist weiterhin mit einem Temperatur sensor 19 und einer Kühl- oder Thermostatisierungseinrichtung verbunden. Der Temperatur sensor 19 liefert entweder eine der Temperatur äquivalente elektrische Spannung oder bewirkt eine elektrische Stromänderung in einem elektrischen Stromkreis, so dass die Kühl- oder Ther mostatisierungseinrichtung steuerbar ist.A beam trap in the form of a movable flap is arranged at the outlet opening 6 of the laser beams 5 of the laser tool. This flap is moved mechanically over a coupled movable ring or pin. Advantageously, when the laser tool is placed on the workpiece 1, the ring or pin is inserted into the housing 7 , so that the flap is opened at the same time. The ring seated on the workpiece 1 also serves as radiation protection. This is coated with a diamond-like carbon to improve the sliding properties and reduce wear. In the flap a reflected residual radiation 17 of the processing point 8 receiving optical element 18 is integrated. Either a beam trap, a focussing mirror or a diverging mirror can be used as the optical element 18 . The individual optical elements 18 are designed to be interchangeable. A cooled beam trap is used for welding with a defined laser power introduced into the processing point 8 . When welding aluminum, a focusing mirror is used to create a second focus and to enlarge the resulting steam capillary. This results in better outgassing of the processing point and a high quality weld. A scattering mirror is used when welding brittle hard materials (e.g. ceramics) or hardening. This reduces the resulting temperature gradient, which leads to fewer cracks during welding or to an increase in the hardening speed with a longer holding time. The optical element 18 is also connected to a temperature sensor 19 and a cooling or thermostating device. The temperature sensor 19 either supplies an electrical voltage equivalent to the temperature or causes an electrical current change in an electrical circuit, so that the cooling or thermostatting device can be controlled.

Ein im optischen Element 18 ebenfalls integrierter Strahlungssensor 20 stellt über Differenz bildung zu einem im Strahlengang vor der Bearbeitungsstelle 8 positionierten Streustrahlungs sensor 11 ein Signal als direktes Maß für eine Kontrolle der an der Bearbeitungsstelle 8 umge setzten Energie dar. Dadurch ist das Einbringen der Energie während der Bearbeitung sehr genau regel- und steuerbar.A radiation sensor 20 also integrated in the optical element 18 represents a signal as a direct measure of a control of the energy converted at the processing point 8 by forming a difference from a scattered radiation sensor 11 positioned in the beam path in front of the processing point 8 the processing can be regulated and controlled very precisely.

Das Bildaufnahmesystem in Form der Kamera 9 ist über ein Bildverarbeitungssystem 12 mit mindestens einem Bildschirm als Bildwiedergabeeinrichtung 13 verbunden.The image recording system in the form of the camera 9 is connected via an image processing system 12 to at least one screen as the image display device 13 .

Bei der Realisierung eines mit einem Handgriff 24 versehenen und handgeführten Laserwerk zeugs ist die Bildwiedergabeeinrichtung 13 ein Bestandteil des Laserwerkzeugs selbst und ent weder in das Gehäuse 7 integriert oder befindet sich seitlich und/oder klappbar an dem Gehäu se 7 des Laserwerkzeugs.In the implementation of a handle 24 provided with a hand-held laser tool, the image display device 13 is a component of the laser tool itself and is either integrated into the housing 7 or is located laterally and / or foldably on the housing 7 of the laser tool.

Bei einem maschinengeführten Laserwerkzeug befindet sich die Bildwiedergabeeinrichtung 13 als externes Gerät separat an der Maschine. Als Maschine kommt z. B. ein Roboter zum Ein satz.In the case of a machine-guided laser tool, the image display device 13 is located separately on the machine as an external device. As a machine comes e.g. B. a robot for a set.

Die die Laserstrahlen erzeugende Einrichtung 2, der Antrieb 16 für die Scheibe 15, der Tem peratursensor 19, die Strahlungssensoren 20, die Kühl- oder Thermostatisierungseinrichtung, die Gaszuführung und der Beleuchtungskörper sind mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung in Form eines Mikrorechners verbunden. Dieser ist zweckmäßigerweise im Gehäuse 7 des Laser werkzeugs insbesonders bei der handgeführten Variante integriert. Der Mikrorechner ist gleichzeitig Bestandteil des Bildverarbeitungssystems 12. Damit sind die internen und/oder externen Bestandteile des Laserwerkzeugs softwaremäßig steuer- oder regelbar. Über die implementierte Software wird die Laserleistung entsprechend der Bearbeitungsgeschwindig keit, den Einkoppelbedingungen des Werkstückes 1 und den Vorgaben an die Bedieneinrich tung gesteuert. Die Bedieneinrichtung befindet sich gut sichtbar über dem Handgriff 24. An der Bedieneinrichtung ist die Art des Materiales (z. B. Stahl, Edelstahl, Aluminium usw.) und die Materialdicke voreinstellbar. Die implementierte Software beinhaltet Daten der Technologie, so dass die Laserleistung entsprechend berechen- und regelbar ist. An der Bedieneinrichtung befindet sich eine Anzeige, mit deren Hilfe sichtbar ist, ob sich der Bediener mit der Geschwin digkeit im für die Bearbeitung des Werkstückes 1 notwendigen Regelbereich befindet. Die An zeige besteht z. B. aus einer grünen und zwei roten lichtemittierenden Halbleiterdioden. Ist die Geschwindigkeit zu niedrig oder zu hoch leuchten jeweils die roten lichtemittierenden Halb leiterdioden.The laser beam generating device 2 , the drive 16 for the disc 15 , the temperature sensor 19 , the radiation sensors 20 , the cooling or thermostatting device, the gas supply and the lighting fixture are connected to a control or regulating device in the form of a microcomputer. This is expediently integrated in the housing 7 of the laser tool, particularly in the hand-held variant. The microcomputer is also part of the image processing system 12 . The internal and / or external components of the laser tool can thus be controlled or regulated by software. Via the implemented software, the laser power is controlled in accordance with the processing speed, the coupling conditions of the workpiece 1 and the specifications for the operating device. The operating device is clearly visible above the handle 24 . The type of material (e.g. steel, stainless steel, aluminum, etc.) and the material thickness can be preset on the operating device. The implemented software contains technology data so that the laser power can be calculated and controlled accordingly. There is a display on the operating device, with the aid of which it is visible whether the operator is at the speed in the control range necessary for machining the workpiece 1 . The display consists of z. B. from one green and two red light-emitting semiconductor diodes. If the speed is too low or too high, the red light-emitting semiconductor diodes light up.

In der Fig. 1 ist ein derartig realisiertes Laserwerkzeug prinzipiell dargestellt, wobei die Be dieneinrichtung nicht gezeigt ist.In Fig. 1, a laser tool realized in this way is shown in principle, wherein the operating device is not shown.

Für eine leichte und ermüdungsfreie Handhabung des Laserwerkzeugs ist in Vorschubrichtung nach der Austrittsstelle des Laserstrahles 5 eine Führungseinrichtung insbesondere in Form eines Schlittens oder einer Doppelrolle 14 angebracht. Der Schlitten ist mit einem diamantähn lichen Kohlenstoff beschichtet. In den Doppelrollen 14 befindet sich ein Schwungrad zum Aus gleich von Geschwindigkeitsschwankungen und/oder ein Differential zur Messung der resul tierenden Geschwindigkeit bei Kurvenfahrten. Die Einrichtung zur Messung der Geschwindig keit ist mit dem Mikrorechner verschalten.For easy and fatigue-free handling of the laser tool, a guide device, in particular in the form of a slide or a double roller 14, is attached in the feed direction after the exit point of the laser beam 5 . The slide is coated with a diamond-like carbon. In the double rollers 14 there is a flywheel for equalizing speed fluctuations and / or a differential for measuring the resulting speed when cornering. The device for measuring the speed is connected to the microcomputer.

Zur Erhöhung der Lasersicherheit befindet sich am Laserwerkzeug eine mit einem Finger be dienbare Zustimmtaste. Nur nach oder bei gedrückter Zustimmtaste ist der Laserstrahl aus lösbar. Diese ist mit dem Mikrorechner verschalten.To increase laser safety, there is a finger on the laser tool serviceable consent button. The laser beam is only off after or with the consent key pressed solvable. This is interconnected with the microcomputer.

In einer weiteren Variante ist die Position der Klappe als Strahlfalle über einen Bewegungs sensor oder im offenen oder geschlossenen Zustand über einen Anschlagschalter erfassbar. Dieser Sensor ist mit dem Mikrorechner verbunden. In a further variant, the position of the flap as a beam trap is via a movement sensor or in the open or closed state via a stop switch. This sensor is connected to the microcomputer.

2nd embodiment

Das hand- und maschinenführbare Laserwerkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken 1 besteht in einem zweiten vorrangig zum Pulverauftragsschweißen genutzten Ausführungsbeispiel aus einem Gehäuse 7, in dem eine Laserstrahlen einkoppelnde und formende Einrichtung 4 und mindestens eine Pulverdüse 22 angeordnet sind.In a second exemplary embodiment used primarily for powder deposition welding, the hand-held and machine-operated laser tool for machining workpieces 1 consists of a housing 7 in which a laser beam coupling and shaping device 4 and at least one powder nozzle 22 are arranged.

Die Laserstrahlen erzeugende Einrichtung 2 ist ein fasergeführter Hochleistungsdiodenlaser. Dieser oder die Laserstrahlen einkoppelnde und formende Einrichtung 4 sind so im Gehäuse 7 plaziert, dass die Laserstrahlen 5 mit dem kleinst möglichen Winkel schräg über eine Aus trittsöffnung 6 im Gehäuse 7 auf die Bearbeitungsstelle 8 treffen. Der kleinst mögliche Winkel ist durch die Brennweite und Apertur der Abbildungsoptik und die Bedingung, dass keine Strahlungsanteile in die Optik zurückreflektiert werden sollen, definiert. Die Austrittsöffnung 6 weist die Form einer Ellipse auf.The laser beam generating device 2 is a fiber-guided high-power diode laser. This or the laser beams coupling and shaping device 4 are placed in the housing 7 so that the laser beams 5 with the smallest possible angle obliquely via an opening 6 in the housing 7 meet the processing point 8 . The smallest possible angle is defined by the focal length and aperture of the imaging optics and the condition that no radiation components should be reflected back into the optics. The outlet opening 6 has the shape of an ellipse.

In den Gang des von der Bearbeitungsstelle 8 reflektierten Strahles 17 ist ein optisches Ele ment 18 integriert. Das ist wahlweise entweder eine Strahlfalle, ein fokussierender Spiegel oder ein zerstreuender Spiegel. Weiterhin ist dieses mit einem Temperatursensor 19 und einer Kühl- oder Thermostatisierungseinrichtung verbunden. Der Temperatursensor 19 liefert entweder eine der Temperatur äquivalente elektrische Spannung oder bewirkt eine elektrische Stromän derung in einem elektrischen Stromkreis, so dass die Kühl- oder Thermostatisierungseinrich tung steuerbar ist. Ein zusätzlich angebrachter Strahlungssensor 20 dient der Messung der von der Bearbeitungsstelle 8 rückreflektierten Laserstrahlung 17.An optical element 18 is integrated into the path of the beam 17 reflected from the processing point 8 . This is either a beam trap, a focusing mirror or a diverging mirror. Furthermore, this is connected to a temperature sensor 19 and a cooling or thermostatting device. The temperature sensor 19 either supplies an electrical voltage equivalent to the temperature or causes an electrical current change in an electrical circuit, so that the cooling or thermostating device can be controlled. An additionally attached radiation sensor 20 is used to measure the laser radiation 17 reflected back by the processing point 8 .

Weiterhin ist im Gehäuse 7 des Laserwerkzeuges mindestens eine in die Richtung der Bearbei tungsstelle 8 weisende Pulverdüse 22 angeordnet. Diese ist über eine Schlauchverbindung als Zuleitung 21 für das Pulver und einer Pulverfördereinrichtung mit einem Pulverbehälter ver bunden. Die Pulverdüse 22 ist weiterhin so ausgestaltbar, dass diese in Richtung der Bearbei tungsstelle 8 verschiebbar ist.Furthermore, at least one in the direction of the machining point 8 pointing powder nozzle 22 is arranged in the housing 7 of the laser tool. This is connected via a hose connection as supply line 21 for the powder and a powder conveying device with a powder container. The powder nozzle 22 can also be configured such that it can be moved in the direction of the processing point 8 .

In einer ersten Variante befindet sich die Pulverdüse 22 in dem Strahlengang der reflektierten Strahlung 17 der Bearbeitungsstelle 8. Die Zuleitung 21 des Pulvers ist entweder durch das optische Element 18 oder seitlich heranführbar. Die Pulverdüse 22, die vorteilhafterweise aus Kupfer oder einem hochschmelzenden Material ist, wird durch die reflektierte Strahlung 17 aufgeheizt. Das führt zu einer Vorerwärmung und daraus resultierender Trocknung des aus tretenden Pulvers. Dieser Sachverhalt wird durch die Bewegung des Pulvers in der reflektierten Strahlung 17 weiter erhöht. Damit sind insbesondere hochschmelzende Pulverschichten auf Werkstücke 1 aus niedrigschmelzenden Material aufschweißbar. Die Fig. 2 zeigt eine prinzi pielle Darstellung.In a first variant, the powder nozzle 22 is located in the beam path of the reflected radiation 17 from the processing point 8 . The feed line 21 of the powder can either be brought through the optical element 18 or laterally. The powder nozzle 22 , which is advantageously made of copper or a high-melting material, is heated by the reflected radiation 17 . This leads to preheating and the resulting drying of the emerging powder. This fact is further increased by the movement of the powder in the reflected radiation 17 . In particular, high-melting powder layers can be welded onto workpieces 1 made of low-melting material. Fig. 2 shows a prinzi pielle representation.

In einer zweiten Variante befinden sich zwei rechteckförmige Pulverdüsen 22 an den beiden Längsseiten des elliptischen Laserstrahlfleckes. Beide Pulverdüsen 22 sind auf den Laserstrahl fleck gerichtet und längs verschiebbar, so dass dadurch der Bearbeitungsfleck entsprechend der zu realisierenden Bearbeitungsgeschwindigkeit justierbar ist. Durch die gegenüberliegende An ordnung ist das Pulver sehr effektiv verarbeitbar, da das an der Oberfäche des Werkstücks 1 reflektierte Pulver praktisch durch den gegenüberliegenden Pulverstrahl an der Bearbeitungs stelle 8 gehalten wird. Damit ist ein Arbeiten mit hohen Pulverausbeuten und hohen Auftrags leistungen gegeben. Diese Variante ist in der Fig. 3 dargestellt.In a second variant, there are two rectangular powder nozzles 22 on the two long sides of the elliptical laser beam spot. Both powder nozzles 22 are directed onto the laser beam and can be displaced longitudinally, so that the processing spot can thereby be adjusted in accordance with the processing speed to be realized. Due to the opposite arrangement, the powder can be processed very effectively, since the powder reflected on the surface of the workpiece 1 is practically held at the processing point 8 by the opposite powder jet. This means working with high powder yields and high order outputs. This variant is shown in FIG. 3.

Bei einer dritten Variante wird das Pulver über eine mittig im Gehäuse angeordnete Düse zugeführt. Das Pulver dient in dieser Anordnung hauptsächlich der Unterstützung des Schweißprozesses.In a third variant, the powder is applied via a nozzle arranged centrally in the housing fed. In this arrangement, the powder mainly serves to support the Welding process.

Das Laserwerkzeug ist sowohl mit der Hand als auch mit einer Maschine führbar. Im ersten Fall ist am Laserwerkzeug ein Handgriff 24 angebracht. Als Maschine kommt z. B. ein Roboter zum Einsatz.The laser tool can be operated both by hand and with a machine. In the first case, a handle 24 is attached to the laser tool. As a machine comes e.g. B. a robot for use.

Die die Laserstrahlen erzeugende Einrichtung 2, der Temperatursensor 19, die Strahlungssen soren 20, die Kühl- oder Thermostatisierungseinrichtung und die Pulverfördereinrichtung sind mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung in Form eines Mikrorechners verbunden. Dieser ist zweckmäßigerweise im Gehäuse 7 des Laserwerkzeuges insbesonders bei der handgeführten Variante integriert. Damit sind die internen und/oder externen Bestandteile des Laserwerk zeuges softwaremäßig steuer- oder regelbar. Über die implementierte Software werden die Laserleistung und der Pulverstrom entsprechend der Bearbeitungsgeschwindigkeit, den Ein koppelbedingungen des Werkstückes 1 und den Vorgaben an die Bedieneinrichtung gesteuert. Für eine leichte und ermüdungsfreie Handhabung des Laserwerkzeuges ist in Vorschubrichtung nach der Austrittsstelle des Laserstrahles eine Führungseinrichtung insbesondere in Form eines Schlittens oder einer Doppelrolle 14 angebracht. Diese sind so ausgebildet, dass die aufge tragene Schweißnaht nicht berührt wird. The device 2 generating the laser beams, the temperature sensor 19 , the radiation sensors 20 , the cooling or thermostating device and the powder conveying device are connected to a control or regulating device in the form of a microcomputer. This is expediently integrated in the housing 7 of the laser tool, in particular in the hand-guided variant. The internal and / or external components of the laser tool can thus be controlled or regulated by software. The laser power and the powder flow are controlled via the implemented software in accordance with the processing speed, the coupling conditions of the workpiece 1 and the specifications for the operating device. For easy and fatigue-free handling of the laser tool, a guide device, in particular in the form of a slide or a double roller 14, is attached in the feed direction after the exit point of the laser beam. These are designed so that the applied weld seam is not touched.

3rd embodiment

Das hand- und maschinenführbare Laserwerkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken 1 besteht in einem dritten vorwiegend zum Schneiden eingesetzten Ausführungsbeispiel aus einem Ge häuse 7, in dem eine Laserstrahlen einkoppelnde und formende Einrichtung 4 und eine Hoch druckdüse 23 angeordnet sind.The hand and machine-operated laser tool for machining workpieces 1 consists in a third embodiment mainly used for cutting from a Ge housing 7 , in which a laser beam coupling and shaping device 4 and a high pressure nozzle 23 are arranged.

Die Laserstrahlen erzeugende Einrichtung 2 ist vorzugsweise ein Hochleistungsdiodenlaser. Dieser oder die Laserstrahlen einkoppelnde und formende Einrichtung 4 sind so im Gehäuse 7 plaziert, dass die Laserstrahlen 5 schräg mit einem Winkel zwischen ≧ 10° und ≦ 15° über eine Austrittsöffnung 6 im Gehäuse 7 auf die Bearbeitungsstelle 8 treffen. Diese Austrittsöffnung 6 weist die Form einer Ellipse auf.The laser beam generating device 2 is preferably a high-power diode laser. This or the laser beam coupling and shaping device 4 are placed in the housing 7 in such a way that the laser beams 5 meet the processing point 8 obliquely at an angle between ≧ 10 ° and ≦ 15 ° via an outlet opening 6 in the housing 7 . This outlet opening 6 has the shape of an ellipse.

Im Gehäuse 7 ist ein die reflektierte Reststrahlung 17 der Bearbeitungsstelle 8 verarbeitendes optisches Element 18 integriert. Dieses ist als fokussierender Spiegel ausgebildet. Der Fokus ist auf die Bearbeitungsstelle 8 gerichtet.An optical element 18 processing the reflected residual radiation 17 of the processing point 8 is integrated in the housing 7 . This is designed as a focusing mirror. The focus is on the processing point 8 .

Die Hochdruckdüse 23 im Gehäuse 7 gegenüber der Bearbeitungsstelle 8 ist über eine die Menge und die Geschwindigkeit von Flüssigkeiten oder Gasen erhöhende Einrichtung mit einem Vorratsbehälter für die Flüssigkeiten oder die Gase verbunden. Derartige Einrichtungen sind z. B. Pumpen für Flüssigkeiten oder Kompressoren für Gase.The high-pressure nozzle 23 in the housing 7 opposite the processing point 8 is connected to a storage container for the liquids or gases via a device which increases the quantity and the speed of liquids or gases. Such devices are e.g. B. pumps for liquids or compressors for gases.

In einer ersten Variante wird als Medium zur Unterstützung des Schneidprozesses Wasser ver wendet. Die eingesetzten Hochdruckdüsen 23 liefern einen Wasserstrahl mit einem Durchmes ser von 0,02 mm bis 0,2 mm. Der Druck des Wassers beträgt 100 bar bis 1000 bar je nach dem zu schneidenden Material. Sich im Laserwerkzeug ansammelndes Wasser wird über eine zu sätzliche Einrichtung abgesaugt. Die mit dem entstehenden Wasserdampf in Berührung kom menden Optiken wird über eine Vorrichtung freigeblasen.In a first variant, water is used as a medium to support the cutting process. The high pressure nozzles 23 used provide a water jet with a diameter of 0.02 mm to 0.2 mm. The pressure of the water is 100 bar to 1000 bar depending on the material to be cut. Water that collects in the laser tool is sucked off via an additional device. The optics coming into contact with the resulting water vapor is blown free via a device.

Durch den zusätzlichen Hochdruckwasserstrahl entsteht eine Kombination zwischen Wasser strahl- und Laserstrahlschneiden. Insbesondere Kunststoffe lassen sich verbrennungsfrei be arbeiten.The additional high-pressure water jet creates a combination between water beam and laser beam cutting. Plastics in particular can be burned free work.

In einer zweiten Variante wird als Medium zur Unterstützung des Schneidprozesses Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, verwendet. Der Druckbereich des verwendeten Gases ist gleich/grö ßer 50 und kleiner/gleich 200 bar, so dass für die Bearbeitung ein nicht aufwendiger Flaschen druckminderer einsetzbar ist. Der gegenüber bisher beim Hochdruckschneiden verwendete stark erhöhte Druck verbessert die Schnittqualität erheblich. In a second variant, inert gas is used as a medium to support the cutting process, preferably nitrogen. The pressure range of the gas used is equal to / larger More than 50 and less than or equal to 200 bar, so that bottles are not expensive to process pressure reducer can be used. The one previously used in high-pressure cutting greatly increased pressure improves the cut quality considerably.

Das Laserwerkzeug ist sowohl von Hand als auch mit einer Maschine führbar. Zur Handbe arbeitung ist am Laserwerkzeug ein Handgriff 24 angebracht.The laser tool can be operated both by hand and with a machine. For manual processing a handle 24 is attached to the laser tool.

Als Maschine kommt z. B. ein Roboter zum Einsatz.As a machine comes e.g. B. a robot for use.

Die die Laserstrahlen erzeugende Einrichtung 2 und die Gaszuführung einschließlich der den Druck der Flüssigkeiten oder Gasen erhöhenden oder mindestens konstant haltenden Einrich tung sind mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung in Form eines Mikrorechners verbunden. Dieser ist zweckmäßigerweise im Gehäuse 7 des Laserwerkzeuges insbesonders bei der hand geführten Variante integriert. Damit sind die internen und/oder externen Bestandteile des Laserwerkzeuges softwaremäßig steuer- oder regelbar. Über die implementierte Software werden die Laserleistung und der Gasstrahl oder der Flüssigkeitsstrahl entsprechend der Bearbeitungsgeschwindigkeit, den Einkoppelbedingungen des Werkstückes 1 und den Vor gaben an die Bedieneinrichtung gesteuert. In der Fig. 4 ist ein derartig realisiertes Laserwerk zeug prinzipiell dargestellt.The device 2 which generates the laser beams and the gas supply, including the device which increases or at least keeps the pressure of the liquids or gases at least constant, are connected to a control or regulating device in the form of a microcomputer. This is expediently integrated in the housing 7 of the laser tool, in particular in the hand-guided variant. The internal and / or external components of the laser tool can thus be controlled or regulated by software. Via the implemented software, the laser power and the gas jet or the liquid jet are controlled in accordance with the processing speed, the coupling conditions of the workpiece 1 and the specifications to the operating device. In Fig. 4 such a realized laser work is shown in principle.

Für eine leichte und ermüdungsfreie Handhabung des Laserwerkzeuges ist in Vorschubrichtung nach der Austrittsstelle 6 des Laserstrahles eine Führungseinrichtung insbesondere in Form eines Schlittens oder einer Doppelrolle 14 angebracht. In den Doppelrollen 14 befindet sich ein Schwungrad und/oder ein Differential.For easy and fatigue-free handling of the laser tool, a guide device, in particular in the form of a slide or a double roller 14, is attached in the feed direction after the exit point 6 of the laser beam. A flywheel and / or a differential is located in the double rollers 14 .

4th embodiment

Das Laserwerkzeug ist in einem vierten Ausführungsbeispiel entsprechend des ersten Ausfüh rungsbeispiels ausgeführt. Die Kamera 9 des Laserwerkzeugs ist mit einer externen und trag baren Bildwiedergabeeinrichtung 13 in einer Brille 25 verkoppelt. Die Fig. 5 zeigt prinzipiell eine derartige Einrichtung.In a fourth exemplary embodiment, the laser tool is designed in accordance with the first exemplary embodiment. The camera 9 of the laser tool is coupled to an external and portable image display device 13 in glasses 25 . Fig. 5 shows in principle such a device.

Die Kamera 9 ist mit einem Bildverarbeitungssystem 12 verbunden, so dass die Bilddaten für eine drahtgebundene oder drahtlose Übertragung zur Verfügung stehen. Dieses Bildverarbei tungssystem 12 ist räumlich mit der Kamera 9 verkoppelt und in oder an dem Laserwerkzeug angeordnet. In einer Variante ist das der Mikrorechner des ersten Ausführungsbeispiels. Das aufbereitete Bild der Bearbeitungsstelle 8 wird zu einer Bildwiedergabeeinrichtung 13 gesendet. Das ist z. B. ein Flüssigkristalldisplay 26, das in der Brille 25 so eingebracht ist, dass es wenigstens über ein Auge des Bedieners wahrgenommen wird. Die Brille 25 ist gleichzeitig eine Schutzbrille für Laserstrahlung. Diese ist dabei entweder für den Bediener undurchsichtig oder halbdurchlässig ausgeführt. Im ersten Fall ist das Flüssigkristalldisplay 26 so auslegbar, dass das Bild der Bearbeitungsstelle 8 über beide Augen des Bedieners wahrnehmbar ist. Im zweiten Fall ist der Bediener in der Lage, über ein Auge die Bearbeitungsstelle 8 und über das andere Auge das Umfeld zu beobachten.The camera 9 is connected to an image processing system 12 , so that the image data are available for wired or wireless transmission. This image processing system 12 is spatially coupled to the camera 9 and arranged in or on the laser tool. In one variant, this is the microcomputer of the first exemplary embodiment. The processed image of the processing point 8 is sent to an image display device 13 . That is e.g. B. a liquid crystal display 26 , which is introduced in the glasses 25 so that it is perceived at least by one eye of the operator. The glasses 25 are at the same time protective glasses for laser radiation. This is either opaque to the operator or semi-permeable. In the first case, the liquid crystal display 26 can be designed in such a way that the image of the processing point 8 can be seen through both eyes of the operator. In the second case, the operator is able to observe the processing point 8 with one eye and the surroundings with the other eye.

In einer weiteren Variante des Ausführungsbeispiels sind im Laserwerkzeug zwei Kameras 9 unter dem Winkel entsprechend der der menschlichen Augen angebracht. Die Wiedergabe des Bildes erfolgt mit einer Brille 25, die für jedes Auge eines Betrachters ein separates Flüssig keitskristalldisplay 26 besitzt. Eine solche Anordnung ermöglicht volles räumliches Sehen, was für den Bediener einen erheblichen Informationsgewinn darstellt.In a further variant of the exemplary embodiment, two cameras 9 are attached in the laser tool at the angle corresponding to that of the human eyes. The image is reproduced with glasses 25 which have a separate liquid crystal display 26 for each eye of a viewer. Such an arrangement enables full spatial vision, which represents a significant gain in information for the operator.

5th embodiment

Das Laserwerkzeug eines fünften Ausführungsbeispiels entspricht dem des ersten Ausfüh rungsbeispiels. Die Bildwiedergabeeinrichtung 13 ist in einer Brille 25 untergebracht. Die Fig. 6 zeigt prinzipiell eine derartige Einrichtung.The laser tool of a fifth embodiment corresponds to that of the first embodiment. The image display device 13 is accommodated in glasses 25 . Fig. 6 shows in principle such a device.

Eine Kamera 9 befindet sich im Gehäuse 7 des Laserwerkzeugs und nimmt das Bild der Bear beitungsstelle 8 auf. Die Aufnahme ist in einer Ausführungsform durch eine eingebrachte Be leuchtung unterstützbar. Die Kamera 9 ist mit einem Bildverarbeitungssystem 12 verbunden, so dass diese Bilddaten für eine drahtgebundene oder drahtlose Übertragung zur Verfügung stehen. Dieses Bildverarbeitungssystem 12 ist räumlich mit der Kamera 9 verkoppelt und in oder an dem Laserwerkzeug angeordnet.A camera 9 is located in the housing 7 of the laser tool and takes the image of the processing point 8 Bear. In one embodiment, the recording can be supported by a lighting system introduced. The camera 9 is connected to an image processing system 12 , so that this image data is available for wired or wireless transmission. This image processing system 12 is spatially coupled to the camera 9 and arranged in or on the laser tool.

Ein weiteres Bildaufnahmesystem in Form einer tragbaren Kamera 27 ist entweder an einem Stirnband oder an der Brille 25 so befestigt, dass das Blickfeld des Bedieners aufgenommen wird. Die tragbare Kamera 27 ist mit einem weiteren Bildverarbeitungssystem verbunden, so dass diese Bilddaten gleichfalls für eine drahtgebundene oder eine drahtlose Übertragung zur Verfügung stehen.Another image recording system in the form of a portable camera 27 is attached either to a headband or to the glasses 25 so that the operator's field of vision is recorded. The portable camera 27 is connected to a further image processing system, so that this image data is also available for wired or wireless transmission.

Das erste aufbereitete Bild der Bearbeitungsstelle 8 und das zweite aufbereitete Bild des Um feldes werden zu wenigstens einer Bildwiedergabeeinrichtung 13 gesendet. Das ist z. B. ein Flüssigkristalldisplay 26, das in der Brille 25 eingebracht ist.The first processed image of the processing point 8 and the second processed image of the order field are sent to at least one image display device 13 . That is e.g. B. a liquid crystal display 26 which is incorporated in the glasses 25 .

In einer ersten Ausführungsform des Ausführungsbeispiels sind zwei Flüssigkeitsdisplays 26 in der Brille 25 so angebracht, dass jedes jeweils mit einem Auge wahrgenommen wird. In a first embodiment of the exemplary embodiment, two liquid displays 26 are fitted in the glasses 25 such that each is perceived with one eye.

In einer zweiten Ausführungsform wird das Bild der Bearbeitungsstelle 8 und das Bild des Um feldes auf ein in der Brille 25 angeordnetes Flüssigkeitskristalldisplay 26 gesendet. Die Bilder sind in folgenden Varianten auf dem Flüssigkristalldisplay 26 darstellbar:
In a second embodiment, the image of the processing point 8 and the image of the field is sent to a liquid crystal display 26 arranged in the glasses 25 . The images can be shown in the following variants on the liquid crystal display 26 :

- spatially separated from one another or into one another or
- chronologically one after the other, the time of representation of the respective first or second Image can be determined.

Die Brille 25 ist gleichzeitig eine Schutzbrille für Laserstrahlung. Diese ist dabei für den Be diener undurchsichtig ausgeführt, so dass dieser sich auf die Bilder konzentrieren kann. In einer Ausführungsform dieses Ausführungsbeispiels ist die tragbare Kamera 27 insbesondere für Infrarotstrahlung entsprechend der eingesetzten Laserwellenlänge empfindlich. Dadurch ist es möglich, ständig die bei der Bearbeitung frei werdende Streustrahlung des Laserwerkzeugs zu sehen und bei Gefahrensituationen die Bearbeitung abzubrechen.The glasses 25 are at the same time protective glasses for laser radiation. This is made opaque for the operator so that he can concentrate on the pictures. In one embodiment of this exemplary embodiment, the portable camera 27 is particularly sensitive to infrared radiation corresponding to the laser wavelength used. This makes it possible to constantly see the scattered radiation of the laser tool that is released during processing and to interrupt processing in dangerous situations.

Claims

1. Hand-held and machine-operated laser tool for machining workpieces with the following features:

- One of the processing laser beams either generating ( 2 ) or coupling device ( 4 ) in the laser tool, the laser beams ( 5 ) falling obliquely at an angle greater than / equal to 5 ° and mine / equal to 45 ° deviating from the perpendicular to the processing point ( 8 ) ,
- In the optical axis of the laser beam ( 5 ) in the beam direction after the laser beams either generating ( 2 ) or coupling device ( 4 ) in the laser tool and with respect to this pivotably arranged disc ( 15 ) made of an optically transparent material or focusing optics,
an optical element ( 18 ) arranged in the beam path of the beams ( 17 ) reflected by the processing point ( 8 ) at the same angle, with a radiation sensor ( 20 ),
- a radiation sensor ( 11 ) arranged in the beam path in front of the processing point ( 8 ),
- A control and / or regulating device in the laser tool, which is at least connected to the radiation sensors ( 20 , 11 ) and the laser beam generating device ( 2 ) and
- an image recording system, which is connected via an image processing system ( 12 ) to at least one image display device ( 13 ) as a component of the laser tool and / or as an external device,
and / or at least one nozzle at a distance and not in the axis of the laser beam ( 5 ) above the processing point ( 8 ).

2. Hand and machine-operated laser tool according to claim 1, characterized in that on the one hand the disc ( 15 ) made of plastic and on the other hand the laser beam coupling device ( 4 ) and the focusing optics made of glass or that the disc ( 15 ), the focusing optics Laser beam coupling and / or shaping device ( 4 ) consist of plastic and / or that the laser beam coupling and / or shaping device ( 4 ) are designed as Fresnel optics.

3. Hand and machine-operated laser tool according to claim 1, characterized in that the outlet opening ( 6 ) of the laser beam ( 5 ) of the laser tool is elliptical.

4. Hand and machine-operated laser tool according to claim 1, characterized in that the optical element ( 18 ) is designed as a beam trap, focusing mirror or diverging mirror.

5. Hand and machine-operated laser tool according to claims 1 and 4, characterized in that the optical element ( 18 ) is connected to a temperature sensor ( 19 ) and / or either a cooling or a thermostat.

6. Handheld and machine-guided laser tool according to claim 1, characterized in that there is at least one powder nozzle ( 22 ) pointing in the direction of the processing point ( 8 ) in the laser tool and that this is connected via a transport mechanism to an externally arranged or integrated powder container in the laser tool is.

7. Hand and machine-operated laser tool according to claims 1 and 6, characterized in that the feed line ( 21 ) for the powder is in the optical element ( 18 ) and / or that the exit point of the powder nozzle ( 22 ) in the beam path of the Processing point ( 8 ) reflected rays ( 17 ) is arranged.

8. Hand and machine-operated laser tool according to claim 1, characterized in that the image recording system is combined with a blowing gas device ( 10 ).

9. Hand and machine-operated laser tool according to claim 1, characterized in that there is a lighting fixture for the processing point ( 8 ) in the laser tool.

10. Hand and machine-operated laser tool according to claim 1, characterized characterized in that the nozzle increases the pressure of liquids or gases or at least a constant device with a reservoir for liquids or gases is connected.

11. Hand and machine-operated laser tool according to claim 1, characterized in that the laser beam coupling device ( 4 ) is designed as a fiber connector ( 3 ) with a flap that can be opened to the outside.

12. Hand and machine-operated laser tool according to claim 1, characterized in that a guide device, in particular in the form of a slide or a double roller ( 14 ), is attached to the laser tool in the feed direction after the outlet opening ( 6 ) of the laser beam ( 5 ).

13. Hand and machine-operated laser tool according to claim 12, characterized in that a flywheel and / or a differential are integrated in the double rollers ( 14 ).

14. Hand and machine-operated laser tool according to claim 12, characterized in that the double rollers ( 14 ) are coupled to a speed measuring device.

15. Handheld and machine-operated laser tool according to patent claims 1 to 14, characterized in that the control and / or regulating device additionally with the Temperature sensor, the thermostat or cooling device, the Transport mechanism for the powder, the pressure increasing or at least constant holding device and the speed measuring device is connected.

16. Hand and machine-operated laser tool according to claim 1, characterized characterized in that the control and / or regulating device with a laser tool arranged control device is connected.

17. Hand-held and machine-operated laser tool according to claims 1, 15 and 16, characterized in that the laser power, the gas jet, the liquid jet and the powder flow in accordance with the processing speed, the coupling conditions of the workpiece ( 1 ) and the specifications controlling the operating device and / or regulating software is implemented in the control and / or regulating device.