DE19607327B4 - Laserstrahlmaschine mit flexibler Schutzleitung zur Aufnahme von Kabel-und Schlauchzuführungen - Google Patents

Laserstrahlmaschine mit flexibler Schutzleitung zur Aufnahme von Kabel-und Schlauchzuführungen Download PDF

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Abstract

Laserstrahlmaschine, umfassend
– ein flexibles faseroptisches Kabel (1) zum Übertragen eines Laserstrahls;
– eine Strahlaussendeeinrichtung (2) zum Aussenden eines von dem faseroptischen Kabel (1) übertragenen Laserstahls;
– eine Verstelleinrichtung (4) zum Verstellen der Strahlaussendeinrichtung (2);
– wenigstens ein flexibles Kabel (6) und/oder Gasrohr (5) zur Übertragung von elektrischen Signalen und/oder einem Hilfsgas; und
– eine flexible Schutzleitung (7) zur Aufnahme des fiberoptischen Kabels (1) und des wenigstens einen flexiblen Kabels (6) und/oder Gasrohres (5), mit einem U-förmigen Querschnitt, wobei sich die Anordnung der Schutzleitung entsprechend der Verstellung der Strahlaussendeeinrichtung (2) durch die Verstelleinrichtung (4) ändert; wobei
– die flexible Schutzleitung (7) einen ersten Kanal (7a, 7b) zur Aufnahme des faseroptischen Kabels (1) und einen zweiten Kanal zur Aufnahme des wenigstens einen beweglichen Kabels (6) und/oder Gasrohres (5) aufweist;
– der erste Kanal (7a, 7b) von dem zweiten Kanal durch eine Trennwand getrennt ist;...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Laserstrahlmaschine mit flexibler Schutzleitung zur Aufnahme von Kabel- und Schlauchzuführungen.
  • Insbesondere ist ein Kohlendioxidgaslaser (CO2-Laser) bekannt, der mit einer geeigneten Lichtquelle ausgestattet ist und eine hohe Strahlqualität aufweist in Form einer hervorragenden Fokussierleistung, zur Verwendung beim Laserstrahl-Schneiden von Metallplatten- und -tafeln. Bislang wurden verschiedene Arten von CO2-Laserstrahlmaschinen mit Spiegeln und für Infrarotlicht transparente Faseroptiken vorgeschlagen und für praktische Einsatzzwecke entwickelt. Andererseits wurden Yttrium-Aluminium-Garnet-Laser (YAG-Laser) beispielsweise für Markierungs- und Zuschneidezwecke eingesetzt, da sie nur in Bereichen geringer Leistung eine gute Strahlqualität zur Verfügung stellen konnten. Technische Fortschritte haben es jedoch ermöglicht, YAG-Laser zu entwickeln, die eine ebenso gute Strahlqualität aufweisen wie die CO2-Laser, selbst bei Ausgangsleistungswerten oberhalb von 100 W. Daher wurde es möglich, dass die YAG-Laser, welche für sichtbares Licht transparente Faseroptiken verwenden, die gut handhabbar und für viele Zwecke einsetzbar sind, mit den CO2-Lasern vergleichbare Schneidleistungen entwickeln.
  • 5 der Zeichnungen zeigt in perspektivischer Darstellung eine Verstelleinrichtung (nachfolgend auch Positionsierungsmechanismus genannt) für einen einen Lichtkondensor bildenden optischen Kopf bei einer herkömmlichen CO2-Laserstrahlmaschine, welche eine für Infrarotlicht transparente Faseroptik verwendet, wobei ein entsprechendes Beispiel hierfür in der JP 57-124 586 beschrieben ist. Der optische Kopf bildet eine Strahlaussendeeinrichtung.
  • In der Vorrichtung nach 5 ist an einen nicht dargestellten Laseroszillator eines CO2-Laser für eine Infrarot-Wellenlänge von 10,6 μm an ein hierfür transparentes flexibles Faseroptikkabel 1 angeschlossen. Dieses Faseroptikkabel 1 ist mit seinem freien Ende an die Strahlaussendeeinrichtung angeschlossen, welche den einen optischen Kondensor aufweisenden optischen Kopf zum Aussenden eines optischen Strahls angeschlossen. Diese Strahlaussendeeinrichtung 2 mit dem optischen Kopf ist im folgenden kurz als Optik-Kopf 2 bezeichnet.
  • Der Optik-Kopf 2 ist an einer über einem Arbeitstisch 3 beweglich angeordneten Verstelleinrichtung 4 angeordnet, die im folgenden auch als Positioniermechanismus bezeichnet ist. Auf dem Tisch 3 ist ein Werkstück W, beispielsweise ein Stück Metallblech, zum Zweck der Bearbeitung fest montierbar. Der Positionierungsmechanismus 4 weist ein erstes Schlittenteil 4-2, welches sich entlang eines Paares von Schienen 4-1 bewegt, und ein zweites Schlittenteil 4-3 auf, das im rechten Winkel zu den Schienen 4-1 entlang eines weiteren Paares von Schienen 4-4 bewegt werden kann. Der Optik-Kopf 2 ist auf dem zweiten Schlittenteil 4-3 angebracht.
  • Nachstehend wird beschrieben, wie die CO2-Laserstrahlmaschine mit dem voranstehend geschilderten Aufbau arbeitet, wenn mit ihr ein graphisches oder Textmuster auf dem Werkstück W markiert wird. Ein Markierungsvorgang beginnt damit, dass zuerst der Optik-Kopf 2 unmittelbar oberhalb eines angegebenen Ortes des Werkstücks W angeordnet wird. Eine Steuerung (nicht gezeigt) überträgt ein Steuersignal, welches entsprechend einfach eingegebener Markierungsmusterdaten erzeugt wurde. Dieses Steuersignal steuert die Öffnungs- und Schließvorgänge eines Verschlusses, der innerhalb des nicht gezeigten CO2-Laseroszillators vorgesehen ist, um Laserlicht intermittierend auszusenden bzw. zu unterbrechen. Das Laserlicht mit geeigneter Energie, welches an den Optik-Kopf 2 über das Faseroptikkabel 1 übertragen wird, wird auf diese Weise ein- und ausgeschaltet. Der Optik-Kopf 2 wird durch das erste Schlittenteil 4-2 und das zweite Schlittenteil 4-3 des Positionierungsmechanismus 4 oberhalb des Werkstückes W bewegt. Beim Einwirken eines Laserstrahls, der von dem Optik-Kopf 2 ausgestrahlt wird, verursacht die sich entwickelnde Erwärmung ein Verdampfen oder Schmelzen einer freiliegenden Oberflächenzone des Werkstücks W, so dass das vorgegebene Muster auf dem Werkstück W markiert wird, entsprechend der Bewegung des Optik-Kopfes 2 und entsprechend der Sequenz, mit welcher das Laserlicht ein- und ausgeschaltet wird.
  • Die voranstehend beschriebene CO2-Laserstrahlmaschine verwendet eine Faseroptik zur Übertragung des Laserlichts. Anders als bei Laserbearbeitungssystemen, die zur Übertragung des Laserstrahls Spiegel verwenden, kann die vorliegende Art einer Laserstrahlmaschine normalerweise nicht zum Schneiden beispielsweise einer Stahlplatte verwendet werden, infolge eines hohen Übertragungsverlustes der für Infrarotlicht transparenten Faseroptik für Wellen der Wellenlänge 10,6 μm. YRG-Laserbearbeitungssysteme weisen eine ähnliche Schwierigkeit auf. Obwohl der Übertragungsverlust von Faseroptiken, die zum Übertragen von sichtbarem Licht verwendet werden, ausreichend gering ist, ist die Ausgangsleistung eines YAG-Lasers, der eine zufriedenstellende Strahlqualität zur Verfügung stellen kann, auf einige 10 W beschränkt.
  • Im allgemeinen ist es erforderlich, zusammen mit einem Laserstrahl ein Hilfsgas über eine koaxiale Düse auszustoßen, um einen Schneidvorgang hoher Qualität zu erzielen. Unterschiedliche Hilfsgase werden für unterschiedliche Arten von Werkstücken verwendet. Beispielsweise wird Sauerstoff am häufigsten zum Schneiden von Stahlplatten und Edelstahlplatten verwendet. Bei diesem Beispiel ist es möglich, durch Erhöhung des Gasdrucks die Schneidgeschwindigkeit zu erhöhen und die Menge an Schlacke (also Abfallproduktablagerungen, die bei Schneidvorgängen hervorgerufen werden) zu verringern. Weiterhin wirksam für eine effiziente Nutzung der Laserstrahlenergie, zur Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit und zur Verringerung thermischer Verzerrungen ist eine Fokussierung des Laserstrahls auf einen möglichst kleinen Punkt. Es ist allgemeine Praxis, zur Laserstrahlbearbeitung optische Anordnungen zur Strahlaussendung unter Berücksichtigung der voranstehenden Aspekte zu konstruieren.
  • Eine konventionelle Laserstrahlmaschine mit einem vorstehend beschriebenen Aufbau stellt begrenzte Bearbeitungsflächen unter Verwendung nieder-energetischer Laserstrahlen zur Verfügung. Ihre Faseroptikkabel weisen daher eine einfache Konstruktion auf, und zu deren Halterung sind Anordnungen zur Kabelaufhängung ausreichend. Nach dem Erscheinen von YAG-Lasern, die eine hohe Strahlqualität aufweisen, wurden Versuche unternommen, sie für Hochgeschwindigkeits-Schneidvorgänge einzusetzen, ebenso wie CO2-Laser. Wenn jedoch ein YAG-Laser für das Hochgeschwindigkeitsschneiden eingesetzt wird, können Faseroptiken, die an die optische Anordnung zum Aussenden eines Laserstrahls angeschlossen sind, infolge starker Schwingungen und Vibrationen brechen, was zu einem unerwünschten Austritt von Laserlicht in die Umgebung führt. Je breiter die Bearbeitungsfläche einer Laserstrahlmaschine ist, welche Hochleistungs-Laserlicht erzeugt, das bei Metallschneidvorgängen einsetzbar ist, desto höher ist im allgemeinen das Risiko eines Kabelbruchs.
  • Andere Schwierigkeiten bei Vorgehensweisen nach dem Stand der Technik bestehen darin, dass es schwierig ist, einen Bruch der Faseroptik zu verfolgen und ein Faseroptikkabel zu warten, und dass das Faseroptikkabel kaum raumsparend angeordnet werden kann, da sich sein zulässiger Biegeradius von jenem für Hilfsgasrohre, Stromversorgungskabel und Signalleitungen unterscheidet.
  • Die DE 39 06 571 A1 offenbart eine Laserbearbeitungsvorrichtung, bei der zwischen einer Laserstrahlquelle und einem Bearbeitungskopf eine flexible Schutzleitung vorgesehen ist, in der sich ein Lichtleiterkabel, ein Versorgungskabel und ein Gasrohr befinden. Die Schutzleitung ist dabei so ausgebildet, dass der zulässige Biegeradius für Lichtleiter nicht unterschritten wird, wozu auch JP 03-291 187 einen Hinweis gibt.
  • DE 36 31 183 C2 offenbart eine Schutzleitung mit mehreren Kammern, zwischen denen ein Abdeckband vorgesehen ist.
  • Aus der US 5 371 767 ist es bekannt, ein zusätzliches Schutzrohr für ein Lichtwellenleiterkabel vorzusehen.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laserstrahlmaschine mit einem faseroptischen Kabel zum Übertragen eines Laserstrahls und mit einer verstellbaren optischen Einrichtung zum Aussenden des Laserstrahls vorzusehen, wobei bei Verstellung der optischen Einrichtung zum Aussenden des Laserstrahls das faseroptische Kabel in hohem Maße gegen Bruch geschützt sein soll.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Laserstrahlmaschine umfasst ein flexibles faseroptisches Kabel zum Übertragen eines Laserstrahls, eine Strahlaussendeeinrichtung zum Aussenden eines von dem faseroptischen Kabel übertragenen Laserstahls, eine Verstelleinrichtung zum Verstellen der Strahlaussendeinrichtung, wenigstens ein flexibles Kabel und/oder Gasrohr zur Übertragung von elektrischen Signalen und/oder einem Hilfsgas, und eine flexible Schutzleitung zur Aufnahme des fiberoptischen Kabels und des wenigstens einen flexiblen Kabels und/oder Gasrohres, mit einem U-förmigen Querschnitt, wobei sich die Anordnung der Schutzleitung entsprechend der Verstellung der Strahlaussendeeinrichtung durch die Verstelleinrichtung ändert. Dabei weist die flexible Schutzleitung einen ersten Kanal zur Aufnahme des faseroptischen Kabels und einen zweiten Kanal zur Aufnahme des wenigstens einen beweglichen Kabels und/oder Gasrohres auf, wobei der erste Kanal von dem zweiten Kanal durch eine Trennwand getrennt ist, und wobei der erste Kanal in dem U-förmigen Abschnitt der flexiblen Schutzleitung nur bis zu einem zulässigen minimalen Krümmungsradius gekrümmt wird, selbst wenn der zweite Kanal in dem U-förmigen Abschnitt stärker gekrümmt wird, als es dem zulässigen minimalen Krümmungsradius für den ersten Kanal entspricht. Hierdurch wird das Risiko vermindert oder ausgeschaltet, dass ein Bruch des faseroptischen Kabels infolge zu großer Krümmung oder infolge einer Kollision mit äußeren Teilen der Verstelleinrichtung ausgeschaltet. Die Zuverlässigkeit der Laserstrahlmaschine wie auch die Sicherheit im Arbeitsumfeld dieser Laserstrahlmaschine werden somit erhöht, zumal auch die Anordnung einer seitlichen Abdeckung an der Schutzleitung ermöglicht wird.
  • Die flexible Schutzleitung ist so aufgebaut, dass das faseroptische Kabel getrennt von dem Elektrokabel und dem Hilfsgasrohr aufgenommen wird.
  • Diese Anordnung ermöglicht es, schnell und einfach eine Wartung und ggf. einen Austausch des faseroptischen Kabels durchzuführen, einschließlich von dessen Untersuchung in Bezug auf einen Bruch.
  • Die flexible Schutzleitung kann ein Kabel-Führungsrohr zur Aufnahme des faseroptischen Kabels aufweisen.
  • Diese Anordnung ermöglicht es, das faseroptische Kabel schnell und einfach auszutauschen, wenn es zufällig gebrochen ist, ohne die flexible Schutzleitung zu entfernen und gerade auszurichten.
  • Der Innenraum der flexiblen Schutzleitung ist in Längsrichtung durch eine Innenwand unterteilt, um getrennt das faseroptische Kabel entlang jener Seite der flexiblen Schutzleitung aufzunehmen, welche einen größeren Biegeradius zur Verfügung stellt als die andere Seite.
  • Dabei werden Kabel und Rohre abgesehen von dem faseroptischen Kabel, welche keinen großen Biegeradius erfordern, ordnungsgemäß angeordnet, was zu einer Verringerung der Raumerfordernisse zum Installieren der flexiblen Schutzleitung führt.
    •
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Verstelleinrichtung einer Laserstrahlmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform in perspektivischer Darstellung;
  • 2 einen Endabschnitt einer flexiblen Schutzleitung einer Laserstrahlmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform in perspektivischer Darstellung;
  • 3 einen Endabschnitt einer flexiblen Schutzleitung einer Laserstrahlmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung;
  • 4 einen Endabschnitt einer flexiblen Schutzleitung einer Laserstrahlmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Darstellung; und
  • 5 eine Verstelleinrichtung einer Laserstrahlmaschine gemäß einer herkömmlichen Ausführungsform in perspektivischer Darstellung.
  • Bei der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden mit gleichen Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Bauteile bezeichnet.
  • (ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
  • 1 ist eine Perspektivansicht, welche eine Verstelleinrichtung (Positionierungsmechanismus) 4 einer Laserstrahlmaschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, die jedoch für sich betrachtet nicht Gegenstand der Erfindung ist. Der Positionierungsmechanismus 4 der Laserstrahlmaschine weist insgesamt vier Bewegungsachsen auf, einschließlich jeweils einer Achse in der X- und Z-Richtung, und zwei Achsen in der Y-Richtung. In 1 sind mit den Bezugszeichen 4-ya und 4-yb Kugelumlaufspindeln bezeichnet, die getrennt in der Y-Richtung vorgesehen sind, und durch die Bezugszeichen 4-2a und 4-2b ist ein Paar erster Schlittenteile bezeichnet, die einzeln in der Y-Richtung entlang den Kugelumlaufspindeln 4-ya und 4-yb durch einen jeweiligen Achsenantriebsmotor 9 bewegt werden. Durch die Bezugszeichen 4-x und 4-z werden Kugelumlaufspindeln bezeichnet, die in der X- bzw. Z-Richtung vorgesehen sind. Mit dem Bezugszeichen 4-3 ist ein zweites Schlittenteil bezeichnet, welches sich in der X-Richtung entlang der Kugelumlaufspindel 4-x bewegt, und mit dem Bezugszeichen 4-4 ist ein drittes Schlittenteil bezeichnet, welches sich in der Z-Richtung entlang der Kugelumlaufspindel 4-z bewegt. Mit dem Bezugszeichen 5 sind Hilfsgasrohre bezeichnet, wogegen durch die Bezugszeichen 6-x und 6-z Stromversorgungs- und/oder Steuerkabel für den X- bzw. Y-Achsenantriebsmotor 9 bezeichnet sind. Durch die Bezugszeichen 7-x und 7-y sind flexible Schutzleitungen bezeichnet, die parallel zur X- bzw. Y-Achse vorgesehen sind, und ein Faseroptikkabel 1, Hilfsgasrohre 5, Stromversorgungs/Steuerkabel 6-x und 6-z für den X- bzw. Y-Achsenantriebsmotor aufweisen, und mit dem Bezugszeichen 8-y ist eine Führung zum Führen der flexiblen Schutzleitung 7-y bezeichnet.
  • In 1 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie jene, die in 5 verwendet wurden, welche die konventionelle Laserstrahlmaschine zeigt, gleiche oder entsprechende Elemente. Insoweit erfolgt daher hier keine erneute Beschreibung.
  • Nunmehr wird der Betrieb des Positionierungsmechanismus 4 von 1 beschrieben. Angetrieben durch die Achsenantriebsmotore 9 bewegt sich das Paar der ersten Schlittenteile 4-2a und 4-2b in der Richtung der Y-Achse entlang den getrennt vorgesehenen Kugelumlaufspindeln 4-ya und 4-yb. Entsprechend bewegt sich das zweite Schlittenteil 4-2 in der Richtung der X-Achse entlang der Kugelumlaufspindel 4-x, und bewegt sich das dritte Schlittenteil 4-4 in der Richtung der Z-Achse entlang der Kugelumlaufspindel 4-z. Eine Strahlaussendeeinrichtung 2, die an dem dritten Schlittenteil 4-4 angebracht ist, kann daher innerhalb des Bereichs eines Werkstücks W bewegt werden, welches auf einen Tisch 3 aufgelegt ist. Bewegungen der Strahlaussendeeinrichtung 2 in Richtung der X-, Y- und Z-Achse werden durch Steuersignale gesteuert, die von einem (nicht gezeigten) Steuerpult zugeführt werden.
  • Von einem (nicht gezeigten) Festkörperlaseroszillator erzeugtes Laserlicht wird an den Positionierungsmechanismus 4 der Laserstrahlmaschine durch einen ersten Abschnitt des Faseroptikkabels 1 geschickt, der in einem flexiblen Metallrohr aufgenommen ist. Dann wird das Laserlicht zur Strahlaussendeeinrichtung 2 durch den übrigen Abschnitt des Faseroptikkabels 1 geschickt, der zusammen mit den Hilfsgasrohren 5, den Stromversorgungs/Steuerkabeln 6-x und 6-z für den X- bzw. Z-Achsenantriebsmotor in den flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y angeordnet ist, die parallel zur X- bzw. Y-Achse verlaufen. Die flexible Schutzleitung 7-y ist parallel zur Y-Achse so angebracht, dass ihr eines Ende an der Führung 8-y befestigt ist, und das andere Ende an dem ersten Schlittenteil 4-2a. Die flexible Schutzleitung 7-y kann sich verbiegen und auf der Führung 8-y bewegen, entsprechend Bewegungen des ersten Schlittenteils 4-2a entlang der Y-Achse. Auf entsprechende Weise ist die flexible Schutzleitung 7-x parallel zu der X-Achse so angeordnet, dass ihr eines Ende an dem ersten Schlittenteil 4-2a befestigt ist, und ihr anderes Ende an dem zweiten Schlittenteil 4-3. Die flexible Schutzleitung 7-x kann sich verbiegen und auf einer Führung 8-x (nicht gezeigt) bewegen, entsprechend Bewegungen des zweiten Schlittenteils 4-3 entlang der X-Achse. Bei dem Faseroptikkabel 1, den Hilfsgasrohren 5, den Stromversorgungs/Steuerkabeln 6-x und 6-z für den X- bzw. Z-Achsenantriebsmotor, welche innerhalb der flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y aufgenommen sind, ist es so, dass das Stromversorgungs/Steuerkabel 6-x für den X-Achsenantriebsmotor die flexible Schutzleitung 7-x an der Position des ersten Schlittenteils 4-a verlässt, und an seinen entsprechenden Verbindungspunkt angeschlossen wird, wogegen das Faseroptikkabel 1, die Hilfsgasrohre 5, und das Stromversorgungs/Steuerkabel 6-z für den Z-Achsenantriebsmotor die flexible Schutzleitung 7-x an der Position des zweiten Schlittenteils 4-3 verlassen, und an ihr jeweiliges Ziel angeschlossen werden.
  • Die folgende Diskussion erläutert, wie die auf die voranstehend geschilderte Weise aufgebaute Laserstrahlmaschine arbeitet, wenn das Werkstück W geschnitten wird, bei welchem angenommen wird, dass es sich beispielsweise um ein Metallblech handelt. Ein Schnittvorgang wird dadurch begonnen, dass die Strahlaussendeeinrichtung 2 in einer optimalen Höhe oberhalb des Werkstücks W am Anfang angeordnet wird. Eine Steuerung (nicht gezeigt) überträgt ein Steuersignal, welches entsprechend einfach eingegebenen Schneidmusterdaten erzeugt wird. Dieses Steuersignal steuert Öffnungs- und Schließvorgänge eines Verschlusses, der innerhalb des Festkörperlaserzoszillators (nicht gezeigt) vorgesehen ist, um abwechselnd Laserlicht zu liefern und zu unterbrechen. Das Laserlicht mit einer geeigneten Energie, welches an die Strahlausgabe-Optikanordnung 2 über das Faseroptikkabel 1 übertragen wird, welches in den flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y zusammen mit den Hilfsgasrohren 5, und den Stromversorgungs/Steuerkabeln 6-x und 6-z für den X- bzw. Z-Achsenantriebsmotor enthalten ist, wird auf diese Weise ein- und ausgeschaltet. Die Strahlaussendeeinrichtung 2 wird durch die ersten Schlittenteile 4-2a und 4-2b und die zweiten Schlittenteile 4-3 des Positionierungsmechanismus 4 oberhalb des Werkstücks W bewegt. Die flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y rollen einzeln U-förmig mit vorbestimmtem Radius zurück und bewegen sich entlang der Führung 8-x bzw. 8-y (nicht gezeigt), entsprechend der Bewegung der Strahlaussendeeinrichtung 2. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Biegeradius der flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y auf 15 cm eingestellt, da das Faseroptikkabel 1 einen zulässigen Biegeradius von 10 cm aufweist. Der freiliegende Abschnitt des Werkstücks W schmilzt und verdampft, wenn er einem Laserstrahl ausgesetzt wird, der von der Strahlaussendeeinrichtung 2 ausgestrahlt wird. Das unter Druck stehende Hilfsgas beschleunigt die Schmelz- und Verdampfungsvorgänge und bläst geschmolzenes Metall und andere Abfallprodukte weg. Das Werkstück W wird in eine vorbestimmte Form geschnitten, entsprechend der Bewegung der Strahlaussendeeinrichtung 2 und der Einschalt/Ausschaltsequenz des Laserlichts.
  • Aus der voranstehenden Diskussion wird deutlich, dass die Erfindung eine einfache und ordentliche Verdrahtung und Verrohrung zum Positionierungsmechanismus 4 ermöglicht. Dies schaltet das Risiko eines Bruchs der Faseroptik infolge eines Zusammenstoßes mit Bauteilen am Umfang des Positionierungsmechanismus 4 aus, macht die Faseroptik weniger empfindlich auf körperliche Beschädigungen, selbst wenn die Strahlaussendeeinrichtung 2 schneller und über einen größeren Bearbeitungsbereich bewegt wird, verbessert die Verlässlichkeit der Laserstrahlmaschine durch signifikante Verringerung des Risikos eines Austritts des Laserlichts, und erhöht die Sicherheit der Arbeitsumgebung, da ermöglicht wird, dass eine Abdeckung auf einer Schneidfläche der Laserstrahlmaschine vorgesehen werden kann.
  • (ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM)
  • Die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform stellt eine verbesserte Verdrahtungs- und Rohranschlussanordnung zur Verfügung, welche die flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y dazu verwendet, das Faseroptikkabel 1, die Hilfsgasrohre 5 und die Stromversorgungs/Steuerkabel 6-x und 6-z für den X- bzw. Z-Achsenantriebsmotor zusammen aufzunehmen, um zu verhindern, dass das Faseroptikkabel 1 stärker gebogen wird als seinem zulässigen Biegeradius entspricht. Obwohl das Faseroptikkabel 1 selbst verstärkt ist, kann seine innere Faseroptik brechen oder auf andere Weise beschädigt werden, wenn das Faseroptikkabel 1 unvorsichtig gehandhabt wird, wenn es in die flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y eingeführt wird. Es ist unmöglich, irgendeinen Bruch der Faseroptik zu finden, bis das Faseroptikkabel 1 vollständig in die flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y eingeführt ist. In bestimmten Fällen kann die Laserstrahlmaschine zum Schneiden eines Werkstücks W verwendet werden, ohne zu wissen, dass ihre Faseroptik beinahe gebrochen ist. Wenn die Faseroptik während eines Schneidvorgangs halb bricht, wäre es erforderlich, den Vorgang zu unterbrechen und das Faseroptikkabel 1 zu ersetzen. Da die Außenform des Faseroptikkabels 1 nicht glatt ist, kann das Kabel durch es umgebende Bauteile festgehalten werden. Daher ist es erforderlich, die flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y zu entfernen und gerade zu ziehen, und sämtliche Rohre und Kabel herauszunehmen, bevor ein Ersatz-Faseroptikkabel 1 eingeführt wird. Die nachstehend geschilderte, zweite Ausführungsform stellt eine Anordnung zur Verfügung, welche einen einfachen Austausch des Faseroptikkabels 1 gestattet.
  • 2 ist eine Perspektivansicht, welche einen Endabschnitt einer Verdrahtungs- und Rohranschlussanordnung einer Laserstrahlmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, die jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist, wobei eine flexible Schutzleitung 7-y ein Faseroptikkabel-Führungsrohr 21 aufweist. Das Faseroptikkabel 1, welches von dem Festkörperlaseroszillator (nicht gezeigt) herkommt, wird in die flexible Schutzleitung 7-y durch das Faseroptikkabel-Führungsrohr 21 eingeführt. Bei dieser Ausführungsform weist der Positionierungsmechanismus 4 im wesentlichen denselben Aufbau auf wie bei der ersten Ausführungsform, abgesehen davon, dass jede flexible Schutzleitung eine spezielle Anordnung zum getrennten Durchführen des Faseroptikkabels 1 aufweist. In 2 ist die flexible Schutzleitung 7-y gezeigt, welche sich flexibel auf der Führung 8-y (nicht gezeigt) entlang der Y-Achse bewegen kann, wie voranstehend bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform erläutert. Das Faseroptikkabel-Führungsrohr 21 weist eine glatte Innenoberfläche auf, und sein Innendurchmesser ist größer als der maximale Außendurchmesser des Faseroptikkabels 1 einschließlich dessen optischen Verbinders. Die Länge des Faseroptikkabel-Führungsrohrs 21 ist größer als jene der flexiblen Schutzleitung 7-y. Mit dem Bezugszeichen 21a ist ein Befestigungsteil bezeichnet, welches an jedem Ende des Faseroptikkabel-Führungsrohrs 21 angebracht ist. Der Außendurchmesser jedes Befestigungsteils 21a ist größer als eine Innenabmessung H der flexiblen Schutzleitung 7-y.
  • Die flexible Schutzleitung 7-y enthält gewöhnlich drei Hilfsgasrohre 5 (nicht gezeigt), um eine Auswahl von Hilfsgasarten entsprechend zu schneidenden Materialien zur Verfügung zu stellen. Weiterhin sind in der flexiblen Schutzleitung 7-y die Stromversorgungs/Steuerkabel 6-x und 6-z (nicht gezeigt) für den X- bzw. Z-Achsenantriebsmotor vorgesehen, sowie das Faseroptikkabel-Führungsrohr 21, durch welches das Faseroptikkabel 1 hindurchgeführt wird. Eine andere flexible Schutzleitung 7-x weist einen entsprechenden Aufbau auf wie die flexible Schutzleitung 7-y.
  • Nachstehend wird erläutert, wie die zweite Ausführungsform arbeitet, wenn ein Werkstück W geschnitten wird. Während sich die Strahlaussendeeinrichtung 2 während eines Schneidvorgangs bewegt, werden die Faseroptikkabel-Führungsrohre 21 und das darin enthaltene Faseroptikkabel 1 dazu veranlasst, sich zusammen mit den flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y zu verbiegen. Die flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y biegen sich nicht in solchem Ausmaß, dass das Faseroptikkabel 1 stärker gebogen wird als seinem zulässigen Biegeradius entspricht. Der Innendurchmesser jedes Faseroptikkabel-Führungsrohrs 21 ist ausreichend groß, um sogar den dicksten Abschnitt des Faseroptikkabels 1 einschließlich seines optischen Verbinders aufzunehmen, so dass das Faseroptikkabel 1 einfach in die einzelnen Faseroptikkabel-Führungsrohre 21 eingeführt und aus diesen herausgezogen werden kann.
  • Bei dieser Anordnung kann das Faseroptikkabel 1 glatt eingeführt und herausgezogen werden, ohne die flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y zu entfernen und gerade zu ziehen. Dies ermöglicht es, eine Wartung des Faseroptikkabels 1 schnell und einfach durchzuführen, einschließlich einer Untersuchung auf Bruch und eines Austausches.
  • Obwohl die voranstehend beschriebene, zweite Ausführungsform Teflonrohre (PTFE-Rohre) als spezielle Faseroptikkabel-Führungsrohre 21 verwendet, um das Faseroptikkabel 1 durch die einzelnen flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y hindurchzuführen, ist die Form und das Material derartiger Führungsrohre nicht hierauf beschränkt, soweit sie eine glatte Innenoberfläche aufweisen, mechanisch flexibel sind, und ausreichend Innenraum aufweisen, um das Faseroptikkabel 1 zusammen mit dessen optischem Verbinder aufzunehmen.
  • (DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM)
  • 3 ist eine Perspektivansicht eines Endes einer Verdrahtungs- und Rohranschlussanordnung der erfindungsgemäßen Laserstrahlmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei eine flexible Schutzleitung 7-y einstückig einen speziellen Faseroptikkabelkanal 7a aufweist. Das Faseroptikkabel 1, welches von dem Festkörperlaseroszillator (nicht gezeigt) herkommt, wird in die flexible Schutzleitung 7-y durch eine Öffnung des speziellen Faseroptikkabelkanals 7a eingeführt. Bei dieser Ausführungsform ist der Positionierungsmechanismus 4 im wesentlichen so wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet, jedoch mit der Ausnahme, dass jede flexible Schutzleitung einen speziellen Innenaufbau aufweist, um getrennt das Faseroptikkabel 1 hindurchzuführen. In 3 ist die flexible Schutzleitung 7-y gezeigt, welche sich flexibel auf einer Führung 8-y (nicht gezeigt) entlang der Y-Achse bewegen kann, wie voranstehend bereits unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform erläutert wurde. Der Innenraum der flexiblen Schutzleitung 7-y ist durch eine flexible Wand unterteilt, um beispielsweise zwei getrennte Kanäle auszubilden, und der eine dieser Kanäle, der nach der Installierung einen größeren Biegeradius aufweist, wird als der spezielle Faseroptikkabelkanal 7a verwendet, durch welchen das Faseroptikkabel 1 hindurchgeführt wird. Der andere Kanal enthält gewöhnlich drei Hilfsgasrohre 5 (nicht gezeigt), welche eine Auswahl an Hilfsgasarten ermöglichen, abhängig von dem zu schneidenden Material, und enthält die Stromversorgungs/Steuerkabel 6-x und 6-z (nicht gezeigt) für den X- bzw. Z-Achsenantriebsmotor. Das Faseroptikkabel 1 wird an der Führung 8-y (nicht gezeigt) außerhalb der flexiblen Schutzleitung 7-y befestigt. Eine andere flexible Schutzleitung 7-x weist einen entsprechenden Aufbau auf wie die flexible Schutzleitung 7-y.
  • Nachstehend wird erläutert, wie die dritte Ausführungsform arbeitet, wenn ein Werkstück W geschnitten wird. Wenn sich die Strahlaussendeeinrichtung 2 während eines Schneidvorgangs bewegt, wird das Faseroptikkabel 1 dazu veranlasst, sich zusammen mit den flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y zu verbiegen. Die flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y biegen sich nicht in solchem Ausmaß, dass das Faseroptikkabel 1, welches durch den speziellen Faseroptikkabelkanal 7a hindurchgeführt wird, sich stärker biegt als seinem zulässigem Biegeradius entspricht. Allerdings können die Hilfsgasrohre 5 und die Stromversorgungs/Steuerkabel 6-x und 6-z (nicht gezeigt) für den X- und den Z-Achsenantriebsmotor mit geringerem Biegeradius gebogen werden als das Faseroptikkabel 1, da sie in dem oberen Kanal der flexiblen Schutzleitung 7-y in 3 angeordnet sind.
  • Die Bereitstellung des speziellen Faseroptikkabelkanals 7a ermöglicht es, das Faseroptikkabel 1 schnell und einfach im Falle von dessen zufälligem Bruch auszutauschen, ohne die flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y entfernen und geradziehen zu müssen.
  • Da der spezielle Faseroptikkabelkanal 7a auf jener Seite jeder flexiblen Schutzleitung vorgesehen ist, die einen größeren Biegeradius zur Verfügung stellt, können die anderen Kabel und Rohre, die nicht einen großen Biegeradius erfordern, auf die geeignetste Weise angeordnet werden, was zu einer Verringerung der Raumanforderungen zum Installieren der flexiblen Schutzleitung führt.
  • (VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM)
  • 4 ist eine Perspektivansicht, welche ein Ende einer Verdrahtungs- und Rohranschlussanordnung einer Laserstrahlmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei welcher eine spezielle, flexible Faseroptikkabel-Schutzleitung 7-b außerhalb einer flexiblen Schutzleitung 7-y vorgesehen ist. Das Faseroptikkabel 1, welches von dem (nicht dargestellten) Feststofflaseroszillator kommt, wird in die spezielle flexible Faseroptikkabel-Schutzleitung 7-b eingeführt. Bei dieser Ausführungsform weist der Positionierungsmechanismus im wesentlichen denselben Aufbau auf wie bei der ersten Ausführungsform, jedoch mit der Ausnahme, dass die spezielle, flexible Faseroptikkabel-Schutzleitung 7-b an der Außenseite jeder flexiblen Schutzleitung angebracht ist. In 4 ist die flexible Schutzleitung 7-y dargestellt, welche sich flexibel auf der Führung 8-y (nicht gezeigt) entlang der Y-Achse bewegen kann, wie voranstehend bereits unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform erläutert wurde. Diese Doppelleitungsanordnung soll dazu dienen, das Faseroptikkabel 1 von den anderen Kabeln und Rohren zu trennen. Genauer gesagt wird das Faseroptikkabel 1 durch die spezielle, flexible Faseroptikkabel-Schutzleitung 7-b hindurchgeführt, während die flexible Schutzleitung 7-y normalerweise drei Hilfsgasrohre 5 (nicht gezeigt) enthält, welche eine Auswahl der Hilfsgasart in Abhängigkeit von den zu schneidenden Materialien zur Verfügung stellen, sowie die Stromversorgungs/Steuerkabel 6-x und 6-z (nicht gezeigt) für den X- bzw. Z-Achsen-Antriebsmotor. Die spezielle, flexible Faseroptikkabel-Schutzleitung 7-b, welche das Faseroptikkabel 1 enthält, ist mechanisch an jener Seite der flexiblen Schutzleitung 7-y angebracht, welche einen größeren Biegeradius zur Verfügung stellt, wenn die flexible Schutzleitung 7-y gebogen wird. Das Faseroptikkabel 1 ist an der Führung 8-y außerhalb der flexiblen Schutzleitung 7-y (nicht gezeigt) befestigt. Eine weitere flexible Schutzleitung 7-x weist einen entsprechenden Aufbau auf wie die flexible Schutzleitung 7-y.
  • Nunmehr wird die Arbeitsweise der vierten Ausführungsform beim Schneiden eines Werkstücks W beschrieben. Wenn sich die Strahlaussendeeinrichtung 2 während eines Schneidvorgangs bewegt, wird das Faseroptikkabel 1 zu einer Biegung zusammen mit den flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y veranlasst. Die flexiblen Schutzleitungen 7-x und 7-y biegen sich nicht so stark, dass das Faseroptikkabel 1, welches durch die spezielle, flexible Faseroptikkabel-Schutzleitung 7-b hindurchgeführt ist, sich stärker biegt als seinem zulässigen Biegeradius entspricht. Allerdings können die Hilfsgasrohre 5 und die Stromversorgungs/Steuerkabel 6-x und 6-z (nicht gezeigt) für den X- bzw. den Z-Achsenantriebsmotor in einem kleineren Radius gebogen werden als das Faseroptikkabel 1, da sie in der flexiblen Schutzleitung 7-y aufgenommen sind.
  • D die spezielle, flexible Faseroptikkabel-Schutzleitung 7-b an der Seite jeder flexiblen Schutzleitung angebracht ist, die einen größeren Biegeradius zur Verfügung stellt, können die anderen Kabel und Rohre, die keinen großen Biegeradius erfordern, auf die geeignetste Weise angeordnet werden, was zu einer Verringerung der Raumanforderungen zum Installieren der flexiblen Schutzleitungen führt.

Claims (4)

  1. Laserstrahlmaschine, umfassend – ein flexibles faseroptisches Kabel (1) zum Übertragen eines Laserstrahls; – eine Strahlaussendeeinrichtung (2) zum Aussenden eines von dem faseroptischen Kabel (1) übertragenen Laserstahls; – eine Verstelleinrichtung (4) zum Verstellen der Strahlaussendeinrichtung (2); – wenigstens ein flexibles Kabel (6) und/oder Gasrohr (5) zur Übertragung von elektrischen Signalen und/oder einem Hilfsgas; und – eine flexible Schutzleitung (7) zur Aufnahme des fiberoptischen Kabels (1) und des wenigstens einen flexiblen Kabels (6) und/oder Gasrohres (5), mit einem U-förmigen Querschnitt, wobei sich die Anordnung der Schutzleitung entsprechend der Verstellung der Strahlaussendeeinrichtung (2) durch die Verstelleinrichtung (4) ändert; wobei – die flexible Schutzleitung (7) einen ersten Kanal (7a, 7b) zur Aufnahme des faseroptischen Kabels (1) und einen zweiten Kanal zur Aufnahme des wenigstens einen beweglichen Kabels (6) und/oder Gasrohres (5) aufweist; – der erste Kanal (7a, 7b) von dem zweiten Kanal durch eine Trennwand getrennt ist; und – der erste Kanal (7a, 7b) in dem U-förmigen Abschnitt der flexiblen Schutzleitung (7) nur bis zu einem zulässigen minimalen Krümmungsradius gekrümmt wird, selbst wenn der zweite Kanal in dem U-förmigen Abschnitt stärker gekrümmt wird, als es dem zulässigen minimalen Krümmungsradius für den ersten Kanal entspricht.
  2. Laserstrahlmaschine nach Anspruch 1, bei welcher der erste Kanal (7a, 7b) in Bezug auf den zweiten Kanal der Schutzleitung (7) derart angeordnet ist, dass er in dem U-förmigen Abschnitt einen größeren Krümmungsradius aufweist als der zweite Kanal.
  3. Laserstrahlmaschine nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das faseroptische Kabel (1) in einem Kabelführungsrohr (21) angeordnet ist.
  4. Laserstrahlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher innere Flächen des Kabelführungsrohrs (21) glatt sind, um einen Austausch des faseroptischen Kabels (1) bei Aufrechterhaltung einer Krümmung der Schutzleitung (7) zu erleichtern.
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