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Die Erfindung betrifft einen Arbeitskopf zur Bearbeitung von Oberflächen, insbesondere den Abtrag von Beschichtungsmaterial. Es können damit kontaminierte Beschichtungen von Oberflächen entfernt werden. Ein erfindungsgemäßer Arbeitskopf kann beispielsweise zur Entschichtung und Reinigung von lackierten Betonoberflächen/nichtlackierten, kontaminierten Betonoberflächen eingesetzt werden.
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Für den Oberflächenabtrag von verschiedenen Werkstoffen mittels Laserstrahlung sind nach Stand der Technik bereits eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Diese Verfahren werden in unterschiedlichsten industriellen Bereichen genutzt. In der Kerntechnik sind diese Verfahren aber als Idee bzw. Prototyp verblieben. Die konventionell für die Laserbearbeitung genutzten Systeme bestehen aus den folgenden Komponenten. Einer Einhausung, einer Laseroptik oder Komponenten die den Laserstrahl führen und meist einer Absaugung. Detailliertere Angaben zu den einzelnen Komponenten sind nicht zu finden.
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In
DE 10 2014 214 427 A1 wurde bereits ein Verfahren zum Abtrag von chemisch-toxisch belasteten Beschichtungen auf Beton beschrieben. Darin wird neben dem Verfahren auch eine Vorrichtung erläutert. Bei dem Verfahren werden chemisch-toxisch belastete Beschichtungen bei Temperaturen oberhalb 1.000 °C zersetzt. Die neben dem Verfahren beschriebene Vorrichtung besteht grundsätzlich aus den zuvor beschriebenen Komponenten und einem zweiten Laser zum Nachweis der erfolgreichen Prozessführung.
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Der Laserstrahl wird dabei senkrecht zur bearbeiteten Oberfläche geführt. Dabei kann er teilweise oder vollständig reflektiert werden. Diese Reflexion kann zu einer Zerstörung der Laseroptik bzw. der Optik-Komponenten führen. Zum Anderen kann es bei dieser senkrechten Anordnung sehr leicht zu einer Verschmutzung der Laseroptik oder weiterer Optik-Komponenten kommen. Diese Verschmutzung wird durch von der bearbeiteten Oberfläche abplatzende Partikel oder entstehende Prozessemissionen erzeugt. Die Partikel lösen sich durch den aufgebrachten Impuls beim Abplatzen nach oben in Richtung der Optik-Komponenten und können sich auf diesen ablagern. An den Ablagerungen kann der Laserstrahl einkoppeln und damit tendenziell die optischen Komponenten zerstören. Weitere Prozessemissionen, wie z.B. entstehende Verbrennungsrückstände, unvollständig verbannte Partikel sowie ggf. entstehende organische Verbindungen können als Partikel oder Beschichtung ebenfalls Ablagerungen bilden. Diese Ablagerungen können zu einem unerwünschten Einkoppeln des Lasers im Bereich des Schutzglases und damit ebenfalls zur Zerstörung infolge erhöhter Absorption der Laserstrahlung an Optik-Komponenten führen. Diese Eigenschaften verhindern den wirtschaftlichen Einsatz der bekannten Vorrichtungen zum Laserabtrag, insbesondere im Bereich der Kerntechnik. Neben den bisher beschriebenen Nachteilen sind zudem keine weiteren Maßnahmen für einen dauerhaften und effizienten Einsatz eines Laserarbeitskopfes im nuklearen Rückbau bekannt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten bei der Oberflächenbearbeitung, insbesondere bei der Dekontamination von Oberflächen mit einem Laserstrahl anzugeben, mit denen ein verbesserter Schutz von Optik-Komponenten während des Betriebes und eine sichere Handhabbarkeit eines Arbeitskopfes auch im Dauerbetrieb durch einen Bediener erreichbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Arbeitskopf der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Der erfindungsgemäße Arbeitskopf weist deutliche Unterschiede zu den bereits bekannten technischen Lösungen auf, welche Vorteile für die Verwendung mit sich bringen und eine Erweiterung des aktuellen Standes der Technik darstellen.
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Der Arbeitskopf ist so ausgebildet, dass ein Laserstrahl durch Optik-Komponenten auf eine zu bearbeitende Oberfläche durch den innen hohlen Arbeitskopf gerichtet ist. Es ist eine in Richtung einer zu bearbeitenden Oberfläche ausgerichtete ebene planare Stirnfläche, die einen jeweiligen zu bearbeitenden Oberflächenbereich umgreift und eine Öffnung am Arbeitskopf bildet, vorhanden. Die ebene planare Stirnfläche ist so ausgerichtet, dass ein durch den Arbeitskopf geführter Laserstrahl in einem Winkel von mindestens 20° und maximal 70° auf die zu bearbeitende Oberfläche auftrifft. In einer zweiten Alternative dazu kann der Laserstrahl durch den Arbeitskopf auf die zu bearbeitende Oberfläche mit einem Winkel von mindestens 20° und maximal 70° gerichtet sein. Es können auch beide Alternativen miteinander kombiniert werden.
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Bei der zweiten Alternative wird der Laserstrahl in einem entsprechenden Winkel im genannten Bereich in den Arbeitskopf hinein und durch ihn hindurch geführt. Ein Laserstrahl kann auch senkrecht zur zu bearbeitenden Oberfläche in den Arbeitskopf eingeführt und mit mindestens einem den Laserstrahl ablenkenden, insbesondere mindestens einem reflektierenden Element so beeinflusst werden, dass er in diesem Winkelbereich auf die zu bearbeitende Oberfläche auftrifft. In diesem Fall kann der Laserstrahl nicht zentrisch, sondern zum äußeren Rand des Arbeitskopfes verschoben in seinem Inneren senkrecht zur bearbeitenden Oberfläche soweit geführt werden, bis er auf ein den Laserstrahl reflektierendes Element auftrifft und von diesem mit einem Winkel im vorgegebenen Winkelbereich auf die zu bearbeitende Oberfläche innerhalb des zu bearbeitenden Oberflächenbereichs auftrifft.
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Dieser Winkel sorgt dafür, dass sich keine oder nur sehr wenige Partikel von der zu bearbeitenden Oberfläche in Richtung der Optik-Komponenten bewegen können, da sie üblicherweise senkrecht zur zu bearbeitenden Oberfläche beschleunigt werden, wenn sie von der zu bearbeitenden Oberfläche durch die Energie des Laserstrahls beschleunigt werden. Ein weiterer Vorteil dieses Anstellwinkels des Laserstrahls in Bezug zur zu bearbeitenden Oberfläche besteht darin, dass der Laserstrahl nicht in die Optik-Komponenten reflektiert werden kann, sondern in einen definierten Bereich des Arbeitskopfes bewegt werden. Zudem ist der Arbeitskopf dadurch auch so gestaltet, dass eine direkte oder diffuse Reflexion des Laserstrahls weder die Optik-Komponenten erreichen, noch den Arbeitskopf verlassen kann.
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Der Arbeitskopf kann dabei ein Gehäuse bilden, in dem Optik-Komponenten für die Führung und Formung eines Laserstrahls aufgenommen sind. Zusätzlich können weitere Einrichtungen im Arbeitskopf angeordnet sein, mit denen eine Beeinflussung von beim Abtrag von Beschichtungsmaterial gebildeter Partikel und ein Schutz der Optik-Komponenten erreicht werden kann.
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An der ebenen planaren Stirnfläche kann mindestens ein radial umlaufendes Dichtelement vorhanden sein, mit dem ein Austritt von gebildeten Partikeln und dort ein unerwünschtes Eintreten von Umgebungsluft vermieden werden kann. I
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Im Bereich der planaren Stirnfläche können aber auch bevorzugt in einem Abstand zur zu bearbeitenden Oberfläche und bevorzugt zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche und einer Partikelrückhalteeinrichtung, auf die später noch zurück gekommen wird, Einströmöffnungen für Umgebungsluft ausgebildet sein. Einströmöffnungen können über den Umfang des Gehäuses des Arbeitskopfes verteilt ausgebildet sein. Vorteilhaft sind sie nicht in Richtung Mittel- oder Flächenschwerpunkt des Inneren des Arbeitskopfes ausgerichtet, sondern in einem schräg geneigten Winkel dazu, so dass sich eine zirkulierende Strömung im Inneren des Arbeitskopfes in diesem Bereich ausbilden kann. Besonders bevorzugt können Einströmöffnungen auch nicht geradlinig durch die Gehäusewand des Arbeitskopfes sondern gebogen ausgebildet sein.
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So eingeführte Umgebungsluft kann zur Kühlung und für einen Abtransport gebildeter Partikel genutzt werden.
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Der Arbeitskopf sollte so ausgebildet sein, dass Luft aus der Umgebung in den Arbeitskopf einströmen kann und das Festsaugen des Arbeitskopfes an der Wand verhindert wird. Zugleich sorgt diese Ausbildung dafür, dass keine groben Partikel, die durch Abplatzung von Werkstoff(en) von der zu bearbeitenden Oberfläche, beispielsweise von einer Betonoberfläche entstehen können, aus dem Arbeitskopf austreten können. Der Austritt des Laserstrahls, z.B. durch ungewollte Reflexion, kann durch diese geometrische Gestaltung des Arbeitskopfes ebenfalls verhindert werden, was einen kritischen Aspekt des Laserschutzes darstellt.
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Das Einströmen von Umgebungsluft in den Arbeitskopf kann mit Hilfe eines Verdichters, der saugseitig an eine Abführung, die am Arbeitskopf vorhanden ist, angeschlossen ist, erreicht werden.
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Allein oder zusätzlich zu einströmender Umgebungsluft kann über eine Zuführung auch ein komprimiertes Gas in den Arbeitskopf eingeführt werden. Dabei kann es sich um inertes Gas oder auch reaktives Gas handeln. Mit einem reaktiven Gas können chemische Reaktionen mit den durch die Energie des Laserstrahls frei gesetzten chemischen Komponenten einer Beschichtung, die auf einer zu bearbeitenden Oberfläche ausgebildet ist, erreicht werden, um dadurch beispielsweise eine toxikologische oder andere Gefahr(en) zu vermeiden. So kann beispielsweise mit Sauerstoff eine Oxidationsreaktion bewirkt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, mit dem komprimierten Gas gebildete Partikel zu binden oder zu lösen. Es ist auch eine Kühlung der zu bearbeitenden Oberfläche und der Abluft sowie ein Ätzen oder Versiegeln der zu bearbeitenden Oberfläche dadurch möglich.
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Der Arbeitskopf kann manuell oder automatisiert an einer zu bearbeitenden Oberfläche bewegt werden, so dass der zu bearbeitende Oberflächenbereich, der von der an der zu bearbeitenden Oberfläche mit der Stirnfläche des Arbeitskopfes umgriffene zu bearbeitende Oberflächenbereich kontinuierlich oder sukzessive stufenweise gewechselt werden kann.
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Ein Arbeitskopf, der zumindest teilweise aus einem optisch transparenten Kunststoff gebildet ist, ermöglicht zudem eine direkte optische Rückkopplung über thermische Strahlung für den Bediener, der so gefahrlos eine Rückmeldung zum laufenden Prozess bekommen kann.
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Der innere Aufbau kann so optimiert und ausgeführt sein, dass ein stabiler Prozess möglich ist.
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Der Laserstrahl kann in einem Leitrohr fast bis zur zu bearbeitenden Oberfläche geführt sein. Der Laserstrahl kann mit einer optischen Faser in das Leitrohr oder durch das Leitrohr geführt werden. Dieses Leitrohr kann zwei Funktionen erfüllen. In dem Leitrohr kann komprimiertes Gas, z.B. Druckluft oder angesaugte Umgebungsluft mit einem Überdruck in Richtung der zu bearbeitenden Oberfläche und damit weg von den Optik-Komponenten geführt werden. Durch diesen Luftstrom können auch Partikel wieder in Richtung der zu bearbeitenden Oberfläche abgelenkt werden. Komprimiertes Gas oder angesaugte Umgebungsluft sorgt auch dafür, dass zusätzlich Sauerstoff an den Verbrennungsort von Beschichtungsmaterial an der zu bearbeitenden Oberfläche gelangen kann. In Kombination mit einer Absaugung entsteht ein Strömungsprofil im Arbeitskopf, so dass der Laserstrahl ungestört bis zur jeweiligen zu bearbeitenden Oberfläche gelangen kann und keine undefinierten Verwirbelungen im Arbeitskopf entstehen können.
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Eine Partikelrückhalteeinrichtung kann mit einer Baugruppe durchgeführt werden, die mehrere Funktionen erfüllen kann. Die evtl. bevorzugt durch das Leitrohr bis in die Partikelrückhalteeinrichtung gelangenden Partikel können über einen definierten Luftvorhang, der aus zwei unterschiedlichen Richtungen gegeneinander strömenden Gasströmungen (Cross-Jets) mittels eines komprimierten Gases umgelenkt und wieder in Richtung der zu bearbeitenden Oberfläche geblasen werden. Die Cross-Jets sollten so definiert sein, dass eine gezielte Kreuzströmung ausgebildet wird. Dabei sollten Strömungsrichtung und Volumenstrom der beiden quer zueinander strömenden Gasströmungen so gewählt werden, dass sie sich in einem Bereich überschneiden. Dieser Bereich kann innerhalb des Leitrohres zwischen einem Optikschutz und der zu bearbeitenden Oberfläche angeordnet sein. In diesem Bereich können Partikel, die sich in Richtung Optik-Komponenten bewegen, so abgelenkt werden, dass sie nicht auf eine Optik-Komponente auftreffen können.
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Die Partikelrückhalteeinrichtung kann von einem Optikschutz abgeschlossen sein. Der Optikschutz kann mit einem bzw. mehreren Laserschutzgläsern, die von außerhalb des Arbeitskopfes, durch eine Klappe, getauscht werden können, gebildet sein. Dadurch kann verhindert werden, dass Partikel, insbesondere radioaktive Partikel, an Optik-Komponenten gelangen können. Die Laserschutzgläser können auf ihre korrekte Funktion überwacht werden, so dass das Versagen oder die Zerstörung, z.B. durch das Einkoppeln der Laserstrahlung an einer Verschmutzung, vorsorglich detektiert werden kann. Hierzu kann sowohl eine Drucküberwachung als auch eine Fotodiode genutzt werden. Dies erhöht die Dauereinsatzfähigkeit für den Arbeitskopf deutlich.
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Die Optik-Komponenten können in einem separaten Gehäuse innerhalb des Arbeitskopfes angeordnet sein. Daran können entsprechende Zu- und Ableitungen u.a. für Druckluft und der optischen Faser (Lichtleitkabel) vorhanden sein. Diese sollten so ausgeführt sein, dass keine Partikel in das Gehäuse gelangen können und eine Kontamination der Optik-Komponenten verhindert wird. Somit können die Optik-Komponenten vollständig gegen das Eintreten von Partikeln und damit gegen die Kontamination geschützt werden. Eine Weiterverwendung der Optik-Komponenten an verschiedenen Einsatzorten ist dadurch möglich.
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Der Arbeitskopf sollte mit einer Einrichtung ausgestattet sein, die eine homogene Absaugung ermöglicht. Diese Einrichtung kann für die gleichmäßige Ausprägung der Strömung im Arbeitskopf ausgebildet sein. Mit dieser Vorrichtung kann sichergestellt werden, dass es zu keiner Ansammlung von Partikeln im Arbeitskopf kommen kann. Die homogene Absaugung kann durch eine strömungstechnisch optimierte Blende erreicht werden, die über den radialen Verlauf des Arbeitskopfes den Druckverlust so einstellen kann, dass ein homogenes Strömungsfeld entsteht. Die Anpassung des Druckverlustes kann über Durchbrechungen (Löcher) mit angepassten freien Querschnittsflächen (Durchmessern), die über die gesamte Fläche der Blende verteilt sind, erreicht werden. Durch diese Gestaltung lässt sich der Druckverlust definiert einstellen. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass keine umlaufende Absaugung benötigt wird, die eine deutliche Erhöhung der Komplexität des Arbeitskopfes bedeuten würde und zusätzliches Gewicht für den Bediener verursacht. Neben der Homogenisierung der Strömung kann diese Blende ebenfalls für eine Rückhaltung von zu großen Partikeln im Arbeitskopf genutzt werden. Zu große und scharfkantige Partikel könnten Filter, die in einer dem Arbeitskopf nachfolgend angeordneten Abluftreinigungsanlage verbaut sind, beschädigen. Diese Partikel können durch den Abluftstrom und die Blende im Arbeitskopf gehalten, mit dem Abluftstrom über eine Abführung aus dem Arbeitskopf entfernt und so nicht mehr störend in den Prozess zurück befördert werden. Die Blende kann eine Partikelrückhalteeinrichtung bilden oder deren Bestandteil sein.
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Vorteilhaft können Durchbrechungen in der Blende mit unterschiedlich großen freien Querschnittsflächen ausgebildet sein. In dem Fall, in dem die Blende in einem in Bezug zur zu bearbeitenden Oberfläche schräg geneigten Winkel ausgerichtet ist, sollten sich die freien Querschnittsflächen von Durchbrechungen, die in der Blende ausgehend von der Seite mit dem kleinsten Abstand zur zu bearbeitenden Oberfläche sukzessive bis zum Bereich der Blende mit dem größten Abstand zur zu bearbeitenden Oberfläche sukzessive verkleinern.
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Die Anzahl der Durchbrechungen und ihre freien Querschnittsflächen können so gewählt sein, dass sich daraus ein gleichmäßiges Strömungsprofil im Arbeitskopf einstellt. Durchbrechungen mit gleicher freier Querschnittsfläche können an beiden Seiten der Vorschubbewegungsrichtungsachse des Arbeitskopfes angeordnet sein, so dass in Bezug zur Vorschubbewegungsachse symmetrische Verhältnisse erreicht sein können.
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So kann bei einer Durchströmung der Blende ein kleinerer Strömungswiderstand erreicht werden. Dabei kann bei einem einseitig angebrachten Absaugrohr als Abführung erreicht werden, dass nur in einem oberen Bereich oberhalb der Blende abgesaugt wird. Die Kombination der gleichmäßig verteilten Strömungsquerschnitte rechts und links, sowie die Verringerung der freien Querschnittsflächen von oben nach unten können für eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit im Arbeitskopf genutzt werden.
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Der stark exotherm ablaufende Prozess der Oberflächendekontamination erzeugt Temperaturen von über 1000 °C. Diese Temperaturen müssen sicher beherrscht und abgeführt werden. Die notwendige Kühlung kann durch das Ansaugen von Umgebungsluft erreicht werden. Diese Umgebungsluft kann durch mindestens einen Anschluss im Bereich der Stirnfläche, mit der der Arbeitskopf an der zu bearbeitenden Oberfläche während der Bearbeitung anliegt, zugeführt werden, wie dies bereits erläutert worden ist. Mit Zuluft, die mit Umgebungsluft und/oder komprimiertem Gas gebildet sein kann, kann eine Ablufthomogenisierung erreicht werden. Zur Abführung kann an den Arbeitskopf ein Abluftrohr angeschlossen sein.
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Die Abführung kann durch eine Absaugung unterstützt oder erreicht werden. Im Arbeitskopf sollte sich eine zirkulierende Strömung einstellen, die alle Bauteile im Inneren ausreichend kühlt, sodass eine zusätzliche Kühlung nicht notwendig ist. Dies ermöglicht eine leichtere und einfachere Konstruktion ohne dabei lokal zu hohe Temperaturen zu erzeugen. Eine zirkulierende Strömung kann entlang der Innenwand des Arbeitskopfes ausgebildet werden. Die Prozessanforderung aus
DE 10 2014 214 427 A1 können dabei ebenfalls eingehalten werden.
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Der Brennfleck des Laserstrahls sollte vorteilhaft mit mindestens einer der Optik-Komponenten so beeinflusst sein, so dass er senkrecht zur Vorschubbewegungsrichtung des Arbeitskopfes eine größere laterale Ausdehnung als parallel zur Vorschubbewegungsrichtung aufweist. Bevorzugt sollte der Brennfleck auf der zu bearbeitenden Oberfläche zumindest annähernd eine rechteckige Form aufweisen. Dies kann beispielsweise mit einer Zylinderlinse als eine geeignete Optik-Komponente erreicht werden. Dabei sollte bevorzugt ein Verhältnis von Länge zu Breite des Brennflecks von mindestens 3 zu 1, besonders bevorzugt von mindestens 5 zu 1 eingehalten sein und der Brennfleck eine Länge senkrecht zur Vorschubachsrichtung des Arbeitskopfes aufweisen, die entsprechend größer als sein Breite ist.
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Eine am Arbeitskopf eingesetzte Messtechnik kann zur Abstands- und Vorschubüberwachung des Arbeitskopfes in Bezug zur zu bearbeitenden Oberfläche genutzt werden. Während des Einsatzes der Messtechnik kann der Abstand des Arbeitskopfes zur zu bearbeitenden Oberfläche permanent oder in vorgebbaren Zeitabständen überwacht werden. Wird der Abstand, z.B. durch eine Fehlanwendung durch den Bediener zu groß, so kann der Laserstrahl automatisch abgeschaltet oder ein Warnsignale (optisch und/oder akustisch) generiert werden. Zudem können so Durchbrüche oder Rohrdurchführungen in der zu bearbeitenden Oberfläche sicher erkannt werden. Durch die Abschaltung oder Warnsignalgenerierung, z.B. bei Durchbrüchen kann sichergestellt werden, dass der Laserstrahl nicht in benachbarte Räume eingestrahlt werden kann. Durch die Vorschubüberwachung kann der Abtragprozess bei der Bearbeitung überwacht werden. Je nach Vorschubgeschwindigkeit, die der Bediener vorgibt, kann die Laserleistung reduziert oder erhöht werden. So kann beispielsweise mindestens ein Abstandssensor und/oder mindestens ein optischer und/oder akustischer Sensor Bestandteil der Messtechnik sein. Ein optischer Sensor kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er ggf. in Verbindung mit einer elektronischen Auswerteeinheit erfassen kann, ob die zu bearbeitende Oberfläche ausreichend bearbeitet, beispielsweise eine Beschichtung in ausreichendem Maß entfernt worden ist, oder nicht. So kann eine Vorschubbewegung des Arbeitskopfes initiiert oder vom Bediener gefordert werden, wenn eine ausreichende Reinigung oder Dekontaminierung erreicht worden ist.
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Diese Vorrichtung unterscheidet sich insoweit von
DE 10 2014 214 427 A1 , dass nicht nur die chemischen Konzentrationen berücksichtigt werden, sondern auch der tatsächliche Abtragprozess überwacht und geregelt werden kann. Eine weitere Abgrenzung gegenüber
DE 10 2014 214 427 A1 ist zudem, dass die Messtechnik mit einem zweiten Laserstrahl zur Fluoreszensanregung für eine Bestimmung bestimmter an der zu bearbeitenden Oberfläche vorkommenden Stoffe, wie z.B. PCB direkt auf dem Arbeitskopf montiert werden kann. Die Anbindung der Messtechnik an den Arbeitskopf kann so erfolgen, dass der zweite Laserstrahl und ein Detektor direkten optischen Zugang zum Verbrennungsraum im Arbeitskopf haben. Dafür konstruierte Fenster können in ihrer Position und Winkel so ausgerichtet sein, dass die Anforderung der rechtwinkligen Position zueinander sichergestellt sowie der Winkel des Lasers auf die zu bearbeitende Oberfläche optimal auf die Anforderungen des Messsystems eingestellt werden kann. Diese Fenster mit den zugehörigen Montageplatten ermöglichen die leichte Montage und Justierbarkeit des Detektionssystems mit zweitem Laser und Detektor, wie es aus
DE 10 2014 214 427 A1 bekannt ist. Zudem können sie so ausgebildet und angeordnet sein, dass eine Verschmutzung vermindert werden kann, indem die Fenster nicht direkt in der Strömung verbaut, sondern etwas zurück versetzt angeordnet sind. Es kann so auch ein unerwünschter Austritt von Laserstrahlung vermieden werden.
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Der Arbeitskopf selber kann vorteilhaft modular aufgebaut und aus drei einzelnen Segmenten gebildet sein. Diese Segmente lassen sich leicht und vollständig demontieren sowie reinigen. Dadurch kann eine leichte Dekontaminierbarkeit sichergestellt werden. Das erste Segment 1 kann der eigentliche Arbeitskopf sein, in dem der Abtrag stattfindet. Es ist thermisch stark belastet. Das zweite Segment 2 kann eine Schleuse sein, die das Verbindungsstück zwischen dem Arbeitskopf und den gekapselten Optik-Komponenten bilden kann. Das dritte Segment kann die Optik-Komponenten enthalten. Optik-Komponenten können beispielsweise reflektierende und strahlformende optische Elemente sein, die im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet sind.
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Figurenliste
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Dabei zeigt:
- 1 in schematischer Schnittdarstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Arbeitskopfes.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Beispiel eines Arbeitskopfes, der innen hohl ist und in dem mehrere Komponenten aufgenommen sind, in einer Ansicht senkrecht zur Vorschubbewegungsachsrichtung des Arbeitskopfes.
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Die ebene planare Stirnfläche 11, mit der der Arbeitskopf auf eine zu bearbeitende Oberfläche von einem Bediener manuell aufgesetzt werden kann, umgreift einen zu bearbeitenden Oberflächenbereich einer zu bearbeitenden Oberfläche und ist in einem Winkel α zwischen 20 ° und 70 ° in Bezug zur zu bearbeitenden Oberfläche ausgerichtet. Der Laserstrahl, der bei diesem Beispiel durch die optische Faser 2 Optik-Komponenten 4 für die Strahlführung und -formung ein Schutzglas 5 und eine hier gesonderte Partikelrückhalteeinrichtung 6 sowie ein Leitrohr 7 auf einen zu bearbeitenden Oberflächenbereich durch die Öffnung, die mit der Stirnfläche 11 gebildet ist, gerichtet wird, trifft auf die zu bearbeitende Oberfläche mit einem komplementären Winkel zu α und dementsprechend nicht senkrecht auf. An der zu bearbeitenden Oberfläche reflektierte Laserstrahlung kann so nicht direkt auf die empfindlichen Komponenten und Einrichtungen, die im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet sind, auftreffen.
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Bei dem gezeigten Beispiel gelangt Druckluft 1, die aus der Umgebung angesaugt und komprimiert worden ist, innerhalb des Arbeitskopfes neben der optischen Faser 2, den Optik-Komponenten 4, dem Schutzglas von mindestens zwei Seiten in die Partikelrückhalteeinrichtung 6. Dort überschneiden sich die mindestens zwei Druckluftströme und bilden Querströmungen mit denen verhindert werden kann, dass bei der Bearbeitung gebildete Partikel eines von der zu bearbeitenden Oberfläche zu entfernenden Beschichtungsmaterials auf Optik-Komponenten 4 oder mindestens ein, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert, austauschbares Schutzglas 5, auftreffen können.
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Bei diesem Beispiel wird Druckluft als ein Beispiel für komprimiertes Gas durch das Leitrohr 7 auf die bearbeitende Oberfläche geführt, die Druckluft strömt dabei parallel zum Laserstrahl. Nach dem Austritt aus dem Leitrohr 7 strömt die Druckluft auf die Oberfläche und in den Raum zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche und der Partikelrückhalteeinrichtung 6 bzw. der Blende 9. In diesem Raum vermischt sich die Druckluft mit angesaugter Umgebungsluft. Umgebungsluft kann über Einströmöffnungen, die oberhalb der zu bearbeitenden Oberfläche und der Stirnfläche 11 in den Raum 8 eingeführt werden. Im Raum 8 vermischen sich Druckluft, Umgebungsluft (ggf. auch ein komprimiertes Prozessgase) und die Abtragprodukte, die von der zu bearbeitenden Oberfläche mit der Energie des Laserstrahls abgetragen worden sind, miteinander.
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Über die Partikelrückhalteeinrichtung 6 oder die Blende 9, mit der eine Ablufthomogenisierung erreichbar ist, strömen dann alle Gase durch das Abgasrohr 10 zur Absaugung. Im Raum 8 bildet sich gegenüber der Umgebung entsteht ein Unterdruck und im Leitrohr 7 herrscht ein Überdruck gegenüber der Umgebung.
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Bei dem gezeigten Beispiel ist eine Blende 9 vorhanden, in der in nicht dargestellter Form Durchbrechungen ausgebildet sind. Die Durchbrechungen sind so angeordnet und mit ihren freien Querschnitten so dimensioniert und gestaltet, dass die in die Partikelrückhalteeinrichtung 6 eingeführte Druckluft 1 in den Raum 8, der zwischen Blende 9 und dem zu bearbeitenden Oberflächenbereich ausgebildet ist, einströmen kann. Mit der Blende 9 können auch größere Partikel zurück gehalten werden. Dadurch können gebildete kantigen Partikel von einer nachgeschalteten Filteranordnung kann die Lebensdauer des Filtermaterials, das nach dem Abluftrohr 10 angeordnet ist, erhöht.
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Am Arbeitskopf ist auch eine Abführung 10 für Abluft 3 aus dem Arbeitskopf vorhanden, die saugseitig an einen nicht dargestellten Verdichter und ggf. eine Filtereinrichtung angeschlossen sein kann.
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Schematisch angedeutet ist auch eine Messtechnik 12 am Arbeitskopf vorhanden, mit der die im allgemeinen Teil der Beschreibung erläuterte Abstandsmessung zur zu bearbeitenden Oberfläche und eine Beeinflussung des Vorschubweges des Arbeitskopfes durchgeführt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014214427 A1 [0003, 0030, 0033]
