DE102004029672B4 - Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zur Bearbeitung von Werkstücken
mit einer Laserstrahlquelle und einer in einem ersten Gehäuse aufgenommenen
Fokussiereinrichtung mit einer Strahlauskoppeleinheit, wobei die
Laserstrahlquelle (1) in einem zweiten Gehäuse (5) aufgenommen ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquelle als getrennte Baueinheit
ausgeführt
ist und dass die Baueinheit über
Befestigungs- und/oder Positioniermittel rechtwinklig und lösbar mit
der Fokussiereinrichtung (2) verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
- Laserstrahlgeräte zur Bearbeitung von Werkstücken sind allgemein bekannt. Diese Geräte weisen eine eine Laserstrahlung erzeugende Laserstrahlquelle und eine Fokussiereinrichtung für die Fokussierung des Laserstrahls auf das Werkstück auf, wobei eine Auskoppeloptik den Laserstrahl auf das Werkstück richtet. Ein solches Gerät ist beispielsweise in der
DE 101 09 836 A1 offenbart. Dabei ist das Gerät linear geradlinig aufgebaut und muss üblicherweise auf ein Stativ neben der Werkzeugmaschine befestigt werden. - Die
DE 102 00 349 A1 beschreibt ein optisches Abbildungs- und/oder Strahlführungssystem mit einer Strahlquelle, die in vielen Anwendungsfällen als Laser ausgebildet sein wird. In der Zeichnung ist die Strahlungsquelle als viereckiger Kasten dargestellt, der in Aufeinanderlage, d.h. in Reihe mit dem Abbildungs- oder Strahlführungssystem angeordnet ist, wobei wahrscheinlich zwischen beiden ein Dichtungsring angedeutet ist, da das Strahlführungssystem von Schutzgas durchströmt wird und zur Strahlungsquelle offen zu sein scheint. - Die
DE 295 18 138 U1 betrifft einen Lasergravier- und Schneidgerät, das eine Laserquelle und eine Bearbeitungsoptik umfasst. Dabei ist in einem Ausführungsbeispiel die Laserquelle mit der Bearbeitungsoptik vertikal angeordnet, während in einem anderen Ausführungsbeispiel die Laserquelle horizontal angeordnet ist und die gesamte optische Anordnung einen Umlenkspiegel horizontal/vertikal aufweist, um die Strahlführung zu der sogenannten Bearbeitungsoptik umzulenken. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, z.B. ein Laserschweißgerät zu schaffen, das kompakt ist und somit kleinere Abmessungen aufweist und weiterhin mobil ausgebildet ist, d.h., innerhalb einer Werkstatt an verschiedene Arbeitsplätze transportiert werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
- Dadurch, dass die Vorrichtung modular ausgebildet ist und die Laserstrahlquelle als getrennte Baueinheit ausgeführt ist und über Befestigungsmittel lösbar rechtwinklig an bzw. auf der Fokussiereinrichtung befestigt ist, können die Abmessungen der Vorrichtung verkleinert werden und eine kompakte Bauweise für das Gesamtgerät erzielt werden. Es sind keine zusätzlichen Hilfsmittel, wie Stative für die Positionierung an einer Werkzeugmaschine notwendig, sondern die Werkzeugmaschine selber kann als Hilfsmittel verwendet werden. Durch die lösbare Befestigung der Laserstrahlquelle ist auch ein leichter Transport möglich.
- Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, dass die Justierung des Laserstrahls in der Laserstrahlquelle in Bezug auf die Austrittsöffnung aus der Baueinheit nur am ersten, d.h. hinteren Spiegel vorgenommen wird, und aufgrund von Positioniermitteln zwischen Baueinheit der Laserstrahlquelle und Gehäuse der Fokussiereinrichtung beim Anschluss der Laserstrahlquelle an die Fokussiereinrichtung automatisch und ohne zusätzliche Justierung der Laserstrahlquelle auf das Teleskop der Fokussiereinrichtung trifft. Da der zweite Spiegel flach ist und fest im Gehäuse aufgenommen ist und die Justierung am ersten Spiegel vor genommen wird, ist die Vorrichtung robuster und der zweite Spiegel muss nicht zugänglich sein.
- Vorteilhaft ist, dass die Fokussiereinrichtung gleichfalls in einem Gehäuse aufgenommen ist, an dem das Gehäuse der Laserstrahlquelle und das Gehäuse der Beobachtungseinrichtung mit Okular befestigt sind. Die Fokussiereinrichtung dient somit gleichzeitig als mechanische Basis, die die Kräfte der anderen Module aufnimmt.
- Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht.
- Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, beispielsweise zum Schweißen von Metall weist als wesentliche Bestandteile eine als Resonator ausgebildete Laserstrahlquelle
1 , eine Fokussiereinrichtung2 mit zugeordneter Auskoppeleinheit4 und eine Beobachtungseinrichtung3 auf. Diese Bestandteile sind als Module ausgebildet und sind in ihrer Gesamtheit als modulare Baueinheit aufgebaut. - Die Laserstrahlquelle
1 ist in einem separaten Gehäuse5 aufgenommen und umfasst eine Pumpkavität6 , in der ein Laserkristall7 und mindestens eine dem Laserkristall7 zugeordnete Pumplichtquelle8 , z.B. eine Blitzlampe aufgenommen sind. In den Strahlgang der vom Laserkristall7 abgegebenen Laserstrahlung ist ein erster Laserspiegel9 und ein zweiter Laserspiegel10 angeordnet, wobei der erste Laserspiegel9 die Strahlung in den Laserkristall zurückwirft und der zweite Laserspiegel10 als Austrittsspiegel ausgebil det ist, der die Laserstrahlung einerseits für eine Mehrfachreflexion zurückwirft und andererseits einen Teil der Strahlung nach außen durchlässt. In dem Gehäuse5 ist entsprechend dem Strahlengang der Laserstrahlung zwischen den Laserspiegeln9 und10 und dem Austrittsstrahlengang eine Öffnung11 vorgesehen, die die Austrittsöffnung der Laserstrahlung aus der als getrennte Baueinheit ausgebildete Laserstrahlquelle1 darstellt. Der Laserspiegel10 ist flach ausgebildet und rechtwinklig zur Achse des Laserkristalls7 unbeweglich befestigt, während der Laserspiegel9 eine sphärische Fläche mit großem Krümmungsradius hat und zur Justierung beweglich ist. - Die Fokussiereinrichtung
2 weist als wesentlichen Bestandteil ein Teleskop12 auf, das ein Okular13 und ein Teleskopobjektiv14 umfasst, wobei das Teleskop zur Fokussierung der Strahlung entsprechend den Pfeilen15 durch nicht dargestellte Einstellmittel verschieblich einstellbar ist. Die Fokussiereinrichtung ist weiterhin mit einem ersten Umlenkspiegel16 , der in einem Winkel von 45° angeordnet ist und eine auftreffende Strahlung um 90° ablenkt, und einem zweiten Umlenkspiegel17 versehen, der gleichfalls in einem Winkel von 45° angeordnet ist und die auftreffende Strahlung um 90° auf die Auskoppeleinheit4 lenkt, die eine Fokussierlinse18 und ein Schutzglas19 umfasst. - Der Fokussiereinrichtung
2 ist zusätzlich eine als gesonderte Baueinheit ausgeführte Beobachtungseinrichtung3 zugeordnet, die ein Mikroskop20 mit Okular21 , ein LCD-Filter22 und ein Laserschutzfilter23 aufweist. Der Strahlengang der Beobachtungseinrichtung verläuft über den schräg gestellten Umlenkspiegel17 , der teildurchlässig ist, und die Auskop peleinheit4 auf das zu bearbeitende Werkstück. Dabei sind zusätzliche Einstellmittel an der Beobachtungseinrichtung vorgesehen, über die die Auskoppeleinheit4 entsprechend den Pfeilen24 an die Oberfläche des Werkstücks angepasst werden kann. - Die Bestandteile der Fokussiereinrichtung
2 sind gleichfalls in einem Gehäuse25 aufgenommen, das eine Öffnung26 für den Eintritt der von der Laserstrahlquelle1 erzeugten Laserstrahlung aufweist. Ein Lasershutter27 ist hinter der Öffnung derart verschieblich angeordnet, dass er aus einer den Strahlengang freigebenden Stellung in eine Stellung gebracht werden kann, in der die Laserstrahlung unterbrochen wird - Die im Gehäuse
5 aufgenommene Laserstrahlquelle1 , die als gesonderte Baueinheit ausgeführt ist, wird über Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, mit dem Gehäuse25 der Fokussiereinrichtung2 verbunden, wobei die Längsachse der Fokussiereinrichtung2 senkrecht zur Längsachse der Laserstrahleinheit1 zu liegen kommt, d.h. die Laserstrahleinheit ist senkrecht auf der Fokussiereinrichtung angeordnet. Dabei sind die Öffnungen11 und26 der Gehäuse5 und25 zueinander ausgerichtet. Die Schrauben dienen gleichzeitig als Positioniermittel für die Vorgabe der definierten Stellung des Gehäuses5 zu dem Gehäuse25 , wobei jedoch zusätzliche und/andere Positioniermittel an den Gehäusen vorgesehen sein können. Die Ausrichtung der beiden Gehäuse bzw. der Laserstrahlquelle zu der Fokussiereinheit ist derart, dass die Laserstrahlung in einem Winkel von 45° auf den Umlenkspiegel16 fällt, d.h. dass die Strahlengänge der Laserstrahlquelle1 und der Fokussiereinrichtung2 einen Winkel von 90° vorgeben. Auf dem Gehäuse25 ist ebenfalls die Beobachtungseinrichtung befestigt. - Die Laserstrahlenquelle, d.h. der jeweilige Laserstrahl wird an dem zweiten Spiegel
9 justiert, damit er eine korrekte Ausrichtung in Bezug auf die Austrittsöffnung11 der Laserstrahlenquelle1 aufweist. - Die beschriebene Vorrichtung kann für unterschiedliche Zwecke benutzt werden, beispielsweise für die Laserstrahlbearbeitung von Werkstoffen und Werkstücken in Form von Schweißen, Löten, Schneiden, Bohren und thermischen Verfestigen. Für die Bearbeitung wird die Laserstrahlung in den Laserkristall durch Anregung durch das Pumplicht, beispielsweise einer Blitzlampe erzeugt und mehrfach hin und her reflektiert und gelangt über den Austrittsspiegel
10 auf den Umlenkspiegel16 , wird um 90° umgelenkt und trifft auf das Teleskop12 . Beim Austritt aus dem Teleskop12 gelangt die Strahlung durch Reflexion am Umlenkspiegel17 auf die Fokussierlinse8 und wird auf dem zu bearbeitenden Werkstoff gebündelt. Dabei kann das Werkstück über die Beobachtungseinrichtung3 beobachtet werden, und die Fokussierung, d.h. die Bündelung auf das Werkstück wird entsprechend dem Pfeil24 vor dem eigentlichen Bearbeitungsvorgang eingestellt. Im Moment des Laserimpulses blockiert das LCD-Filter22 den optischen Kanal in der Beobachtungseinrichtung. - Das Gehäuse
25 der Fokussiereinrichtung ist so ausgeführt, dass die Laserstrahlquelle sowie die Beobachtungseinrichtung an ihm befestigt werden können.
Claims (9)
- Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mit einer Laserstrahlquelle und einer in einem ersten Gehäuse aufgenommenen Fokussiereinrichtung mit einer Strahlauskoppeleinheit, wobei die Laserstrahlquelle (
1 ) in einem zweiten Gehäuse (5 ) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquelle als getrennte Baueinheit ausgeführt ist und dass die Baueinheit über Befestigungs- und/oder Positioniermittel rechtwinklig und lösbar mit der Fokussiereinrichtung (2 ) verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokussiereinrichtung (
2 ) eine Beobachtungseinrichtung (3 ) zugeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als eine Baueinheit ausgebildete Laserstrahlquelle (
1 ) einen in einer Pumpkavität (6 ) aufgenommen Laserkristall (7 ) mit zugeordneter Pumplichtquelle (8 ) und einen ersten und zweiten Laserspiegel (9 ,10 ) aufweist, wobei der zweite Laserspiegel (10 ) gleichzeitig den Austrittsspiegel des Laserstrahls aus der Baueinheit bildet. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Laserspiegel (
9 ) eine Justiervorrichtung zum Justieren des reflektierten Laserstrahls aufweist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (
2 ) mindestens einen ersten Umlenkspiegel (16 ), ein Teleskop (12 ) und einem zweiten Umlenkspiegel (17 ) aufweist, wobei der erste Umlenkspiegel den von der Laserstrahlquelle (1 ) abgegebenen Laserstrahl um 90° auf das Teleskop (12 ) lenkt und der zweite Umlenkspiegel (17 ) den Laserstrahl über die Auskoppeleinheit (4 ) auf das Werkstück richtet. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachtungsstrahlengang der Beobachtungseinrichtung (
3 ) über den zweiten Umlenkspiegel (17 ) und die Auskoppeleinheit (4 ) auf das Werkstück gerichtet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Laserspiegel (
9 ) eine sphärische Fläche aufweist und der zweite Laserspiegel (10 ) flach ist und rechtwinklig zur Achse des Laserkristalls unbeweglich befestigt ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile der Fokussiereinrichtung in einem Gehäuse aufgenommen sind, an dem die Laserstrahlquelle und die Beobachtungseinrichtung befestigt sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquelle, die Fokussiereinrichtung und die Beobachtungseinrichtung jeweils als Modul ausgebildet sind und eine modulare Einheit bilden.
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