DE102018114369A1 - SYSTEM AND METHOD FOR THE REPLACEMENT OF OPTICAL COMPONENTS AND LASER MACHINING HEAD - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System zum Austausch von optischen Komponenten in einem Laser-Bearbeitungskopf, sowie einen Laser-Bearbeitungskopf und ein Verfahren zum Austausch mindestens einer optischen Komponente in einem Laser-Bearbeitungssystem.The invention relates to a system for exchanging optical components in a laser machining head, and to a laser machining head and a method for exchanging at least one optical component in a laser machining system.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zum Austausch von optischen Komponenten in einem Laser-Bearbeitungskopf, sowie einen Laser-Bearbeitungskopf und ein Verfahren zum Austausch mindestens einer optischen Komponente in einem Laser-Bearbeitungssystem.The invention relates to a system for exchanging optical components in a laser machining head, and to a laser machining head and a method for exchanging at least one optical component in a laser machining system.
Anwendungsgebiet und Hintergrund der ErfindungField of application and background of the invention
Laserbearbeitungsköpfe werden in der Materialbearbeitung eingesetzt, um Laserlicht entsprechend der durch die Prozessführung entstehenden Anforderungen zu fokussieren, zu formen oder anderweitig zu manipulieren. Bekannt sind vor allem Bearbeitungsköpfe zum Fokussieren von Laserlicht auf ein Werkstück oder zur Ablenkung durch Scanelemente. Dabei werden optische Komponenten wie Linsen, Spiegel und Schutzgläser in einem mechanischen Grundgehäuse gefasst. Neben diesen klassischen optischen Komponenten finden heute aber auch komplexere Strahlformungen durch Freiformelemente oder diffraktive optische Elemente Anwendung.Laser processing heads are used in material processing to focus, shape or otherwise manipulate laser light according to the requirements resulting from the process control. Above all, machining heads for focusing laser light onto a workpiece or for deflection by scanning elements are known. In this case, optical components such as lenses, mirrors and protective glasses are held in a basic mechanical housing. In addition to these classic optical components, however, more complex beam shaping by free-form elements or diffractive optical elements is also used today.
Die Fassung der optischen Bauelemente erfolgt typischerweise direkt im mechanischen Grundgehäuse oder in einer rotationssymmetrischen Einzelfassung und wird üblicherweise durch Schraubringe fixiert. Für Anwendungen bei sehr hohen Laserleistungen von mehreren Kilowatt (kW) oder mit besonders hohen Anforderungen an thermische Stabilität existieren Lösungen mit passiver oder aktiver Kühlung der optischen Bauelemente. Dazu wird beispielsweise das mechanische Grundgehäuse oder eine Optikaufnahme von einer Kühlflüssigkeit durchlaufen.The version of the optical components is typically carried out directly in the mechanical base housing or in a rotationally symmetrical single version and is usually fixed by screw rings. For applications with very high laser powers of several kilowatts (kW) or with particularly high requirements for thermal stability, there are solutions with passive or active cooling of the optical components. For this purpose, for example, the mechanical base housing or an optical recording of a cooling liquid to go through.
Im laufenden Betrieb kann es insbesondere bei hohen Laserleistungen, vorwiegend im Kilowatt-Bereich, durch zunehmende Verunreinigungen, zum Beispiel durch in den Bearbeitungskopf eintretende Prozessgase, der optischen Bauelemente zu bleibenden oder sogar fatalen Schäden an diesen optischen Bauelementen und damit auch dem kompletten Bearbeitungskopf kommen. Daher ist bei konventionellen Bearbeitungsköpfen ein regelmäßiger Wechsel der optischen Komponenten erforderlich.During operation, especially at high laser powers, mainly in the kilowatt range, by increasing contamination, for example by entering into the processing head process gases, the optical components to permanent or even fatal damage to these optical components and thus the entire processing head come. Therefore, in conventional machining heads, a regular change of the optical components is required.
Für den Austausch von sogenannten Schutzgläsern sind dabei Lösungen bekannt, die einen schnellen manuellen Wechsel ermöglichen. Beispielsweise ist der Einsatz von Schubladen bekannt. Dabei ist die optische Komponente in einem Halter eingelegt und gegebenenfalls fixiert und kann mit diesem Halter aus dem Grundgehäuse entnommen werden. Dabei sind an die Präzision der Positionierung üblicherweise nur sehr geringe Anforderungen zu stellen, da die verwendeten Schutzgläser keine strahlformende und/oder fokussierende Wirkung haben.For the exchange of so-called protective glasses solutions are known that allow a quick manual change. For example, the use of drawers is known. In this case, the optical component is inserted in a holder and optionally fixed and can be removed with this holder from the base housing. In this case, only very small demands are usually placed on the precision of the positioning, since the protective glasses used have no beam-shaping and / or focusing effect.
Ähnliche Lösungen sind für andere optische Elemente denkbar. Diese sind aber nur zweckmäßig für optische Komponenten, die ohne eine dedizierte Kühlung auskommen und deren Einsatz nur geringe Anforderungen an die Präzision der Positionierung stellen.
Für komplexere Systeme ist mitunter der Austausch ganzer Module mit zum Teil mehreren optischen Elementen erforderlich. So beschreibt die
Die bekannten Realisierungen weisen daher den wesentlichen Nachteil auf, dass im Falle eines erforderlichen Service und/oder einer Wartung an einem Bearbeitungskopf ein erheblicher Aufwand zum Austausch optischer Komponenten entsteht. Dies ist insbesondere bei optischen Komponenten mit gleichzeitiger Möglichkeit einer Kühlung oder Bewegung der Komponenten, beispielsweise durch die Verwendung einer Linearführung nicht realisierbar. Ein Austausch am Einsatzort ist aufgrund des massiven Eingriffs in die Strahlsysteme unter Beibehaltung der erforderlichen Sauberkeit (Eindringen von Staub, Dämpfen etc.) nicht möglich. Weiterhin findet heute keine Überwachung der optischen Komponenten in Kombination mit Wechselschnittstellen zur Detektion eines erforderlichen Service statt.The known implementations therefore have the significant disadvantage that, in the case of a required service and / or maintenance on a machining head, a considerable effort is made to replace optical components. This is not feasible in particular with optical components with simultaneous possibility of cooling or movement of the components, for example by the use of a linear guide. An exchange at the place of use is not possible due to the massive intervention in the blasting systems while maintaining the required cleanliness (penetration of dust, vapors, etc.). Furthermore, today there is no monitoring of the optical components in combination with interchangeable interfaces for the detection of a required service.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System, ein Verfahren und einen Laser-Bearbeitungskopf bereitzustellen, mit denen optische Komponenten eines Laser-Bearbeitungskopfes besonders einfach ausgetauscht werden können. Das System, das Verfahren und der Bearbeitungskopf sollen insbesondere für den Betrieb bei Leistungen im Kilowatt-Bereich einsetzbar sein, bei dem eine Kühlung der optischen Komponenten und/oder des Laser-Bearbeitungskopfs erforderlich ist, um den thermischen Belastungen, die sich aus der Verwendung von Laserstrahlung bei Leistungen im Kilowatt-Bereich ergeben, standzuhalten. Darüber hinaus soll der Justageaufwand nach erfolgtem Wechsel der optischen Komponenten auf ein Mindestmaß reduziert werden.It is therefore an object of the present invention to provide a system, a method and a laser machining head with which optical components of a laser machining head can be exchanged particularly easily. The system, method and machining head are intended to be particularly suitable for operation in the kilowatt range, where cooling of the optical components and / or the laser machining head is required to reduce the thermal stresses resulting from the use of Laser radiation at power in the kilowatt range revealed to stand up. In addition, the Justageaufwand after the change of optical components are reduced to a minimum.
Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es ist demnach in einem ersten Aspekt der Erfindung ein System zum Austausch von mindestens einer optischen Komponente in einem Laser-Bearbeitungskopf vorgesehen, wobei die mindestens eine optische Komponente in eine Haltevorrichtung einlegbar ist und der Laser-Bearbeitungskopf mindestens eine Aufnahmevorrichtung umfasst, wobei die Haltevorrichtung in die Aufnahmevorrichtung einführbar ist und eine Verbindung zwischen der Haltevorrichtung und der Aufnahmevorrichtung mittels einer Schnittstelle herstellbar ist und die Aufnahmevorrichtung kühlbar ausgebildet ist.The problem is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims. It is therefore provided in a first aspect of the invention, a system for exchanging at least one optical component in a laser machining head, wherein the at least one optical component is inserted into a holding device and the laser machining head comprises at least one receiving device, wherein the holding device in the receiving device is insertable and a connection between the holding device and the receiving device can be produced by means of an interface and the receiving device is formed coolable.
Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass die mindestens eine optische Komponente, die beispielsweise in einem Laser-Bearbeitungskopf vorliegt und die Beeinflussung eines Laserlichtstrahls dient, in einem Halter gefasst wird. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die mindestens eine optische Komponente in dem Halter angeordnet vorliegen kann. Es ist im Stand der Technik bekannt, dass die optischen Komponenten eines optischen Systems regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Insofern stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung bereit, mit der dieser Komponentenwechsel besonders einfach und schnell erfolgen kann, wobei eine aufwändige Justage durch die vorteilhafte strukturelle Ausgestaltung des Systems entfallen kann.For the purposes of the invention, it is particularly preferred that the at least one optical component, which is present for example in a laser machining head and serves to influence a laser light beam, is gripped in a holder. It is particularly preferred that the at least one optical component can be arranged in the holder. It is known in the art that the optical components of an optical system must be replaced periodically. In this respect, the present invention provides a device with which this component change can be carried out particularly simply and quickly, wherein a complex adjustment can be omitted by the advantageous structural design of the system.
Vorzugsweise ist das System mit einer hochpräzisen, einfach zu lösenden Schnittstelle ausgestattet, mit der der Halter in der Aufnahmevorrichtung des Laser-Bearbeitungskopfes besonders sicher befestigt werden kann. Dies kann beispielsweise mit Befestigungsmitteln, wie zum Beispiel Schrauben, geschehen. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Aufnahmevorrichtung einen Hohlraum im Laser-Bearbeitungskopf umfasst. Dieser Hohlraum dient vorteilhafterweise zur Aufnahme der Haltevorrichtung, in der sich vorzugsweise die mindestens eine optische Komponente des Systems befindet.Preferably, the system is equipped with a high-precision, easy-to-release interface, with which the holder can be fastened particularly securely in the receiving device of the laser machining head. This can for example be done with fasteners, such as screws. It is preferred for the purposes of the invention that the receiving device comprises a cavity in the laser machining head. This cavity advantageously serves to receive the holding device, in which preferably the at least one optical component of the system is located.
Die Aufnahmevorrichtung kann gekühlt werden, wobei der Bearbeitungskopf zu diesem Zweck Mittel zur Kühlung umfassen kann. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass diese Kühlmittel beispielsweise von Kühlschlangen und/oder Kühlbohrungen gebildet werden, die in räumlicher Nähe zu der Aufnahmevorrichtung im Bearbeitungskopf angeordnet vorliegen. Es kann im Sinne der Erfindung beispielsweise bevorzugt sein, dass eine thermische Ableitung zur hinteren Seite des Bearbeitungskopfes beziehungsweise der Aufnahme erfolgt. Der Begriff „hintere Seite der Aufnahme“ beschreibt im Sinne der Erfindung vorzugsweise die Rückseite des Hohlraums, welcher vorzugsweise die Aufnahme bildet. Der Begriff „Vorderseite der Aufnahme“ beschreibt bevorzugt die Seite der Aufnahme, in die die Haltevorrichtung mit der vorzugsweise eingelegten optischen Komponente eingeführt wird, wobei Vorder- und Rückseite vorzugsweise gegenüberliegende Seitenflächen bilden, wenn der Bearbeitungskopf als Quader abstrahiert betrachtet wird.The receiving device can be cooled, wherein the processing head may comprise means for cooling for this purpose. It is preferred for the purposes of the invention that these coolants are formed, for example, by cooling coils and / or cooling bores, which are arranged in spatial proximity to the receiving device in the machining head. For the purposes of the invention, for example, it may be preferred that a thermal discharge takes place to the rear side of the machining head or the receptacle. The term "rear side of the receptacle" in the sense of the invention preferably describes the back of the cavity, which preferably forms the receptacle. The term "front of the receptacle" preferably describes the side of the receptacle into which the holding device with the preferably inserted optical component is introduced, wherein the front and rear sides preferably form opposite side surfaces when the processing head is considered abstracted as a cuboid.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schnittstelle dazu eingerichtet, einen thermischen Kontakt zwischen der kühlbaren Aufnahmevorrichtung und der Haltevorrichtung herzustellen. Dies stellt einen besonderen Vorteil der Erfindung dar, weil dadurch insbesondere auch eine Kühlung der optischen Komponenten in der Haltevorrichtung erreicht wird. Die Kühlung ist vorzugsweise in Bezug auf die Aufnahmevorrichtung so angeordnet, dass vorteilhafterweise die Bestandteile des Systems besonders intensiv gekühlt werden, die den stärksten thermischen Belastungen ausgesetzt sind und/oder am sensitivsten auf thermische Belastungen reagieren. Bei diesen Bestandteilen handelt es sich vorzugsweise um die optischen Komponenten, die von der Haltevorrichtung gehalten und/oder gefasst werden. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass die Kühlung der Aufnahmevorrichtung mittels einer indirekten Kühlung, beispielsweise einer Kondensationskühlung, erfolgt. Die bevorzugt konduktive Kühlung kann insbesondere über die Schnittstelle mit einer Wasserkühlung der Aufnahmevorrichtung erfolgen. Dabei sind es insbesondere die optischen Komponenten in einem Strahlengang die besonders hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Das gilt insbesondere, wenn Laserlicht mit hohen Leistungen, beispielsweise im Kilowatt-Bereich, übertragen werden soll oder kurze und/oder ultrakurze Laserpulse mit Pulsdauern im Bereich von Nano- bis Femto-Sekunden. Laserlicht mit kurzen und/oder ultrakurzen Pulsen sind insbesondere charakterisiert durch hohe Pulsenergien und Pulsspitzenleistungen.In a preferred embodiment of the invention, the interface is adapted to establish a thermal contact between the coolable receiving device and the holding device. This represents a particular advantage of the invention, because in particular a cooling of the optical components in the holding device is achieved. The cooling is preferably arranged with respect to the receiving device so that advantageously the components of the system are cooled particularly intense, which are exposed to the strongest thermal loads and / or most sensitive to thermal stresses. These components are preferably the optical components that are held and / or grasped by the holding device. It is particularly preferred for the purposes of the invention that the cooling of the receiving device by means of indirect cooling, for example, a condensation cooling takes place. The preferably conductive cooling can take place in particular via the interface with a water cooling of the receiving device. It is in particular the optical components in a beam path which are exposed to particularly high thermal loads. This applies in particular when laser light with high powers, for example in the kilowatt range, is to be transmitted or short and / or ultrashort laser pulses with pulse durations in the range of nanoseconds to femtoseconds. Laser light with short and / or ultrashort pulses are characterized in particular by high pulse energies and pulse peak powers.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Haltevorrichtung bevorzugt auch als Halter, der Laser-Bearbeitungskopf bevorzugt auch als Bearbeitungskopf und die Aufnahmevorrichtung bevorzugt auch als Aufnahme bezeichnet wird, wobei die entsprechenden Begriffspaare vorzugsweise synonym verwendet werden. Eine optische Komponente im Sinne der Erfindung kann vorzugsweise ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Filter, Blende, Linse, Polarisator, Spiegel, Schutzglas, Kollimator und/oder dergleichen.It is preferred for the purposes of the invention that the holding device is preferably also referred to as a holder, the laser machining head preferably also as a processing head and the receiving device preferably as recording, wherein the corresponding term pairs are preferably used synonymously. An optical component in the sense of the invention may preferably be selected from a group comprising a filter, aperture, lens, polarizer, mirror, protective glass, collimator and / or the like.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrifft die Erfindung ein System zum Austausch mindestens einer optischen Komponente in einem Laser-Bearbeitungskopf, wobei das System mindestens eine Haltevorrichtung zur Halterung mindestens einer optischen Komponente und eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme der Haltevorrichtung umfasst, wobei eine Verbindung zwischen Haltevorrichtung und Aufnahmevorrichtung mittels einer Schnittstelle herstellbar ist.In a preferred embodiment of the invention, the invention relates to a system for exchanging at least one optical component in a laser machining head, wherein the system comprises at least one holding device for holding at least one optical component and a receiving device for receiving the holding device, wherein a connection between the holding device and the receiving device can be produced by means of an interface.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird System für optische Komponenten eines Laser-Bearbeitungskopfes vorgeschlagen umfassend eine Haltevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine optische Komponente zu fassen, wobei die Haltevorrichtung eine Schnittstelle umfasst, die lösbar mit einer Aufnahmevorrichtung in dem Laser-Bearbeitungskopf verbunden vorliegt und mittels einer Wechselvorrichtung in dem Laser-Bearbeitungskopf montierbar ist, wobei die Wechselvorrichtung dazu eingerichtet ist, die optischen Komponenten und/oder den Laser-Bearbeitungskopf vor Verschmutzungen zu schützen. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass der Halter mit einer Wechselvorrichtung an einer kühlbaren Aufnahme montiert werden kann. Die Wechselvorrichtung stellt im Sinne der Erfindung einen fakultativen Bestandteil des Systems dar und kann vorzugsweise als Werkzeug betrachtet werden, das zur Montage und/oder Demontage der Haltevorrichtung in Bezug auf die Aufnahmevorrichtung dient. Dadurch kann der Aufwand für die Montage und/oder Demontage vorteilhafterweise deutlich reduziert werden. kein weiteres Werkzeug erforderlich, wodurch der Austausch der optischen Komponenten wesentlich erleichtert werden kann. Die Wechselvorrichtung erlaubt dabei insbesondere den Schutz der optischen Komponenten und des Bearbeitungskopfes vor Verschmutzung während der Montage und/oder Demontage, da vorteilhafterweise nur ein minimaler Eingriff in das Gesamtsystem erforderlich ist.In a preferred embodiment of the invention, an optical component system of a laser processing head is proposed comprising a holding device adapted to hold an optical component, the holding device comprising an interface releasably connected to a receiving device in the laser processing head and is mountable by means of a changing device in the laser machining head, wherein the changing device is adapted to protect the optical components and / or the laser machining head from contamination. It is particularly preferred for the purposes of the invention that the holder can be mounted with a changing device on a coolable recording. The changing device is within the meaning of the invention an optional part of the system and can preferably be considered as a tool that is used for mounting and / or disassembly of the holding device with respect to the receiving device. Thereby, the cost of assembly and / or disassembly can be advantageously reduced significantly. No additional tools required, whereby the replacement of the optical components can be much easier. The changing device allows in particular the protection of the optical components and the machining head from contamination during assembly and / or disassembly, since advantageously only a minimal intervention in the overall system is required.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das System mindestens eine Aufnahmevorrichtung und mindestens eine Haltevorrichtung umfasst. Es ist besonders bevorzugt, wenn das System beziehungsweise der Laser-Bearbeitungskopf je zwei Aufnahmevorrichtungen und zwei Haltevorrichtungen fasst.It is preferred for the purposes of the invention that the system comprises at least one receiving device and at least one holding device. It is particularly preferred if the system or the laser machining head holds two receiving devices and two holding devices.
In einem weiteren Aspekt betriff die Erfindung einen Bearbeitungskopf umfassend ein System gemäß der vorliegenden Erfindung. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der Laser-Bearbeitungskopf eine kühlbare Aufnahmevorrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine Haltevorrichtung umfassend mindestens eine optische Komponente aufzunehmen, wobei die Haltevorrichtung mit der Aufnahmevorrichtung mittels einer Schnittstelle verbindbar ist. Ein besonderer Vorteil eines solchen Bearbeitungskopfes und des Systems ist es, dass die optischen Komponenten besonders verschmutzungsfrei ausgetauscht werden können, ohne dass dafür die Durchführung des Komponenten-Wechsels in einem Reinraum erforderlich ist. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die für das System geschilderten Vorteile und technischen Wirkungen auch für den Bearbeitungskopf mit dem System gemäß der vorliegenden Erfindung gelten, und umgekehrt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Konstruktion und/oder Anordnung des Systems sowohl eine Kühlung, als auch ein besonders einfacher Komponentenwechsel erfolgen kann, wobei die Fachwelt bisher davon ausgegangen war, dass die Bereitstellung beider Funktionalitäten, insbesondere im Zusammenhang mit Laserleistungen im Kilowatt-Bereich, mit technischen Schwierigkeiten verbunden ist. Insofern stellt die Bereitstellung des Systems mit Halter und Schnittstelle, die mit einer Aufnahmevorrichtung verbunden vorliegen können, eine Abkehr von Stand der Technik dar. Insbesondere die Merkmalskombination aus leichter Austauschbarkeit und Kühlbarkeit der Aufnahmevorrichtung, wodurch vorteilhafterweise auch eine Kühlung des Halters und der optischen Komponente bewirkt wird, stellt eine überraschende Abkehr vom und eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die optische Komponente bevorzugt beweglich ausgebildet sein kann. Die Beweglichkeit der optischen Komponente in Verbindung mit der Kühlbarkeit und dem erleichterten Auswechseln der Komponenten stellt eine überraschende Funktionalität des Systems dar, die die Fachwelt bisher vor technische Herausforderungen gestellt hatte. Die Fachwelt war bisher davon ausgegangen, dass ein einfacher Komponentenwechsel bei sowohl beweglichen, als auch gekühlten Systemen nur schwer zu realisieren ist.In a further aspect, the invention relates to a machining head comprising a system according to the present invention. It is particularly preferred that the laser processing head comprises a coolable receiving device, which is adapted to receive a holding device comprising at least one optical component, wherein the holding device is connectable to the receiving device by means of an interface. A particular advantage of such a machining head and the system is that the optical components can be replaced without contamination, without requiring the implementation of the component change in a clean room is required. It is preferred for the purposes of the invention that the advantages and technical effects described for the system also apply to the machining head with the system according to the present invention, and vice versa. Another advantage is that the design and / or arrangement of the system both cooling, and a particularly simple component change can take place, the experts had previously assumed that the provision of both functionalities, especially in connection with laser power in kilowatts Area, is associated with technical difficulties. In this respect, the provision of the system with holder and interface, which may be associated with a recording device, represents a departure from the prior art. In particular, the feature combination of easy interchangeability and coolability of the recording device, which advantageously also causes a cooling of the holder and the optical component is a surprising departure from and a significant improvement over the prior art. Another advantage of the invention is that the optical component can be preferably designed to be movable. The mobility of the optical component in conjunction with the coolability and the ease of replacement of the components represents a surprising functionality of the system, which had previously posed technical challenges to the art. The experts had previously assumed that a simple component change in both mobile and cooled systems is difficult to implement.
Das System umfasst vorzugsweise eine Schnittstelle, die vorzugsweise dazu eingerichtet ist, den Halter mit der Aufnahmevorrichtung zu verbinden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schnittstelle der Haltevorrichtung durch eine Fläche mit Zentrierbolzen und Orientierungsstift gebildet. Die Fläche kann im Sinne der Erfindung bevorzugt auch als Planfläche bezeichnet werden. Die Verbindung zwischen Haltevorrichtung und Aufnahme wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass die Schnittstelle des Halters als Planfläche mit Zentrierbohrung sowie Orientierungsstift ausgeführt und flächig an der Aufnahme verschraubt wird. Dadurch kann die optische Komponente, die von der Haltevorrichtung gehalten und/oder gefasst wird, vorteilhafterweise in der Wechselvorrichtung geschützt und mittels dieser in den Bearbeitungskopf eingebracht und/oder entnommen werden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die optische Komponente in der Haltevorrichtung angeordnet vorliegt und mit Hilfe der Wechselvorrichtung in die Aufnahmevorrichtung eingebracht und/oder eingeführt werden kann. Vorteilhafterweise kann innerhalb des Bearbeitungskopfes eine Verbindung zwischen Haltevorrichtung und Aufnahmevorrichtung mittels der Schnittstelle des Halters hergestellt werden. The system preferably comprises an interface, which is preferably adapted to connect the holder to the receiving device. In a preferred embodiment of the invention, the interface of the holding device is formed by a surface with centering pin and orientation pin. The surface may also be referred to as a plane surface within the meaning of the invention. The connection between the holding device and receptacle is produced, for example, by the fact that the interface of the holder is designed as a plane surface with centering hole and orientation pin and is screwed flat to the receptacle. Thereby, the optical component, which is held and / or captured by the holding device, advantageously protected in the changing device and introduced by means of this in the machining head and / or removed. It is preferred for the purposes of the invention that the optical component is arranged in the holding device and can be introduced and / or introduced into the receiving device with the aid of the changing device. Advantageously, within the machining head, a connection between Holding device and receiving device are produced by means of the interface of the holder.
Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen ist die Schnittstelle zwischen Haltevorrichtung und Aufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung besonders einfach ausgebildet. Insbesondere können die Bestandteile des Systems, insbesondere die optischen Komponenten und die Haltevorrichtung, durch eine Vorjustage so präzise ausgebildet werden, dass eine neuerliche Justage nach erfolgtem Komponentenwechsel nicht mehr erforderlich ist. Dadurch kann die nutzbare Einsatzdauer des optischen Systems erheblich verlängert werden und die Leistungseffizienz des Systems wesentlich gesteigert werden. Insbesondere kann der Komponentenaustausch mit einfachsten Werkzeugen erfolgen, so dass eine verbesserte Sauberkeit und eine bessere Handhabbarkeit des Systems beim Komponentenwechsel gewährleistet werden kann. In der Ausführungsform des Systems umfassend eine Wechselvorrichtung kann der Einsatz von zusätzlichen Werkzeugen vorteilhafterweise vollständig vermieden werden.In comparison to systems known from the prior art, the interface between the holding device and the receiving device of the present invention is particularly simple. In particular, the components of the system, in particular the optical components and the holding device, can be formed so precisely by a pre-adjustment that a renewed adjustment is no longer required after the component has been replaced. As a result, the usable service life of the optical system can be significantly extended and the power efficiency of the system can be significantly increased. In particular, the component replacement can be done with the simplest tools, so that improved cleanliness and better handling of the system can be ensured when changing components. In the embodiment of the system comprising a changing device, the use of additional tools can advantageously be completely avoided.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Konstruktion des Systems und der Anordnung seiner Bestandteile eine mechanische Trennung zwischen optischer Komponente und dem Befestigungsmechanismus erreicht wird. Dieses Zusammenwirken von Haltevorrichtung und Aufnahmevorrichtung zum Zwecke der Bildung einer Verbindung wird insbesondere durch die Schnittstelle des Systems erreicht.A further advantage of the invention is that the design of the system and the arrangement of its components achieves mechanical separation between the optical component and the attachment mechanism. This interaction of holding device and receiving device for the purpose of forming a connection is achieved in particular by the interface of the system.
Die Aufnahmevorrichtung kann vorteilhafterweise als Führungsschlitten eines Antriebssystems ausgestaltet sein. Ein Antriebssystem umfasst im Sinne der Erfindung bevorzugt einen Linearantrieb, wobei der Linearantrieb vorzugsweise ein Schienensystem zur Führung umfassen kann.The receiving device can advantageously be designed as a guide carriage of a drive system. For the purposes of the invention, a drive system preferably comprises a linear drive, wherein the linear drive may preferably comprise a rail system for guiding.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Aufnahmevorrichtung Bestandteil des Bearbeitungskopfes ist, wobei die Aufnahmevorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die Einheit aus optischer Komponente und Halter aufzunehmen, wobei eine stabile Verbindung zwischen dieser Einheit und der Aufnahmevorrichtung vorzugsweise mit Hilfe der Schnittstelle hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Wechselvorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, insbesondere die optische Komponente vor Verschmutzungen und/oder mechanischen Beschädigungen zu schützen.It is preferred for the purposes of the invention that the receiving device is part of the processing head, wherein the receiving device is preferably adapted to receive the unit of optical component and holder, wherein a stable connection between this unit and the receiving device are preferably prepared by means of the interface can. Another advantage of the invention is that the changing device is preferably adapted to protect in particular the optical component from dirt and / or mechanical damage.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das System dazu eingerichtet, eine Kühlung der Aufnahmevorrichtung zu gewährleisten. Mit anderen Worten umfasst die Aufnahmevorrichtung Mittel zur Kühlung. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass die Aufnahmevorrichtung für den Halter derart gestaltet, dass eine Kühlung der Aufnahme vorgesehen ist. Bei konventionellen Systemen ist es üblicherweise erforderlich, die gesamte Kühlvorrichtung auszubauen, wenn eine optische Komponente des Systems ausgewechselt werden soll. Dies ist sehr arbeitsaufwändig und macht in der Regel eine Neu-Justierung des optischen Systems erforderlich. Es ist im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Kühlvorrichtung als Bestandteil der Aufnahmevorrichtung im Bearbeitungskopf verbleiben kann, insbesondere wenn eine optische Komponente des Systems ausgetauscht werden muss.In a preferred embodiment of the invention, the system is set up to ensure cooling of the receiving device. In other words, the receiving device comprises means for cooling. It is particularly preferred according to the invention that the receiving device for the holder designed such that a cooling of the receptacle is provided. In conventional systems, it is usually necessary to remove the entire cooling device if an optical component of the system is to be replaced. This is very laborious and usually requires a re-adjustment of the optical system. It is within the meaning of the present invention that the cooling device can remain as part of the receiving device in the machining head, especially when an optical component of the system must be replaced.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das System dazu eingerichtet, eine Linearbewegung zu ermöglichen. Der Begriff „Linearbewegung“ bezeichnet im Sinne der Erfindung bevorzugt eine Bewegung eines Objekts entlang einer optischen Achse des Laserstrahlsystems. Dabei verläuft die Bewegung der optischen Komponente bevorzugt im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse. Es kann für einige Anwendungen auch bevorzugt sein, dass das System zusätzlich dafür eingerichtet ist, eine Lateralbewegung auszuführen. Dabei bewegt sich die optische Komponente bevorzugt in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht auf der optischen Achse des Laserstrahlsystems steht.In a preferred embodiment of the invention, the system is adapted to allow linear movement. The term "linear movement" in the sense of the invention preferably designates a movement of an object along an optical axis of the laser beam system. The movement of the optical component preferably proceeds substantially parallel to the optical axis. It may also be preferred for some applications that the system is additionally configured to perform a lateral movement. In this case, the optical component preferably moves in a plane that is substantially perpendicular to the optical axis of the laser beam system.
Durch die bewegliche Ausgestaltung einiger Bestandteile des Systems kann beispielsweise die optische Komponente, die vorzugsweise in der Haltevorrichtung angeordnet vorliegt, in Bezug auf die optische Achse hin- und herbewegt werden. Dies ist üblicherweise bei konventionellen Systemen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, in Verbindung mit einer leichten Auswechselbarkeit und Kühlbarkeit der optischen Komponente nicht möglich.Due to the movable design of some components of the system, for example, the optical component, which is preferably arranged in the holding device, are reciprocated with respect to the optical axis. This is usually not possible with conventional systems known from the prior art, in conjunction with easy interchangeability and coolability of the optical component.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Aufnahmevorrichtung eine Sensorik zur Überwachung der Güte der optischen Komponenten umfasst. Im Sinne der Erfindung dient die Sensorik insbesondere der Überwachung der Güte der optischen Elemente, wobei die Güte der optischen Komponenten beispielsweise durch den Grad der Verschmutzung oder die Qualität der zugrundeliegenden optischen Elemente beeinflusst werden kann. Die Überwachung der Güte der optischen Elemente kann insbesondere durch eine Temperaturmessung und/oder eine Streulichtmessung, ohne darauf beschränkt zu sein. Es ist bevorzugt, dass die Sensorik Bestandteil der Aufnahmevorrichtung ist. Es ist bevorzugt, dass die Sensorik im Bearbeitungskopf verbleiben kann, wenn eine optische Komponente des Systems ausgetauscht wird. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das System dafür eingerichtet ist, dass die Sensorik zusammen mit der bevorzugt beweglich ausgestalteten Aufnahmevorrichtung als Einheit bewegt werden kann. Dadurch ist es möglich, dass die Sensorik zu allen Zeiten t eine bevorzugt gleiche Lage zur Optik einnimmt, wodurch vorteilhafterweise die Meßsituation der Sensorik in Bezug auf die Optik bevorzugt im Wesentlichen unverändert bleibt. Beispielsweise kann die Sensorik zur Temperaturmessung der optischen Komponente eingerichtet sein. Das bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Aufnahmevorrichtung mit einer Sensorik zur Temperaturüberwachung versehen ist, so dass eine universelle Schnittstelle für eine Vielzahl von möglichen Einsatzszenarien geschaffen wird. Die Sensoren sind im Sinne der Erfindung bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe umfassend pyrosensorische Sensoren, Infrarot-Sensoren und/oder Streulichtsensoren, wobei die Sensoren insbesondere dafür eingerichtet sind, Infrarot-Strahlung zu detektieren.In a preferred embodiment of the invention, the receiving device comprises a sensor system for monitoring the quality of the optical components. For the purposes of the invention, the sensor system is used in particular to monitor the quality of the optical elements, wherein the quality of the optical components can be influenced, for example, by the degree of contamination or the quality of the underlying optical elements. The monitoring of the quality of the optical elements can be in particular by a temperature measurement and / or a scattered light measurement, without being limited thereto. It is preferred that the sensor system is part of the receiving device. It is preferred that the sensor may remain in the machining head when an optical component of the system is replaced. A particular advantage of the invention is that the system is set up so that the sensor system together with the preferably movable designed Recording device can be moved as a unit. This makes it possible for the sensor system to occupy a preferably identical position relative to the optics at all times t, as a result of which advantageously the measurement situation of the sensor system with respect to the optics preferably remains essentially unchanged. For example, the sensor system can be set up for measuring the temperature of the optical component. This means within the meaning of the invention preferred that the recording device is provided with a sensor for temperature monitoring, so that a universal interface for a variety of possible use scenarios is created. For the purposes of the invention, the sensors are preferably selected from a group comprising pyrosensory sensors, infrared sensors and / or scattered-light sensors, the sensors being in particular configured to detect infrared radiation.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Austausch mindestens einer optischen Komponente in einem Laser-Bearbeitungssystem. Vorzugsweise umfasst das Laser-Bearbeitungssystem einen Laser-Bearbeitungskopf oder wird von einem solchen gebildet. Im Kontext des vorgeschlagenen Verfahrens ist es besonders bevorzugt, dass der Laser-Bearbeitungskopf mindestens eine Aufnahmevorrichtung umfasst. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine optische Komponente in eine Haltevorrichtung eingelegt wird. In einem weiteren Schritt wird die Haltevorrichtung in die Aufnahmevorrichtung eingeführt und es wird eine Verbindung zwischen der Haltevorrichtung und der Aufnahmevorrichtung mittels einer Schnittstelle hergestellt. Im Kontext des vorgeschlagenen Verfahrens ist es besonders bevorzugt, dass die Aufnahmevorrichtung gekühlt werden kann.In a further aspect, the invention relates to a method for exchanging at least one optical component in a laser processing system. Preferably, the laser processing system comprises or is formed by a laser processing head. In the context of the proposed method, it is particularly preferred that the laser machining head comprises at least one receiving device. The method is characterized in that the at least one optical component is inserted into a holding device. In a further step, the holding device is inserted into the receiving device and a connection between the holding device and the receiving device is made by means of an interface. In the context of the proposed method, it is particularly preferred that the receiving device can be cooled.
Mit anderen Worten umfasst das vorgeschlagene Verfahren die folgenden Schritte:
- a) Einlegen der mindestens einen optischen Komponente in eine Haltevorrichtung
- b) Einführen der Haltevorrichtung in die Aufnahmevorrichtung
- c) Herstellung einer Verbindung zwischen der Haltevorrichtung und der Aufnahmevorrichtung mittels einer Schnittstelle.
- a) inserting the at least one optical component in a holding device
- b) inserting the holding device in the receiving device
- c) establishing a connection between the holding device and the receiving device by means of an interface.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher beschrieben; es zeigt:
-
1 schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Systems -
2 schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Systems -
3 schematische Darstellung einzelner Komponenten einer bevorzugten Ausführungsform des Systems
-
1 schematic representation of a preferred embodiment of the system -
2 schematic representation of a preferred embodiment of the system -
3 schematic representation of individual components of a preferred embodiment of the system
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Systemsystem
- 1212
- optische Komponenteoptical component
- 1414
- Laser-BearbeitungskopfLaser processing head
- 1616
- Haltervorrichtungholder device
- 1818
- Aufnahmevorrichtungcradle
- 2020
- Wechselvorrichtungchanging device
- 2222
- Schnittstelleinterface
- 2424
- Strahlachsebeam axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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