DE20014423U1 - Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser - Google Patents

Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser

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Claims (10)

1. Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser, der die nachfolgend genannten Bauelemente zwingend oder optional enthält
  • - Ergonomischer Griff zur Einhandführung,
  • - Fasereinkopplung im Griff des Bearbeitungskopfes,
  • - Kollimationsoptik zur Strahlenbündelung,
  • - Spiegel zur Umlenkung des Strahlenganges zwischen 0 und 120°,
  • - Optik zur Fokussierung der Strahlung,
  • - Kamera und Optik zur Prozessbeobachtung, wobei der Arbeitsbereich direkt einsehbar oder vorzugsweise auf einem Display am Bearbeitungskopf abgebildet ist,
  • - Drei unabhängig voneinander wirkende Sicherheitskreise, nämlich einen Laserfreigabetaster, der erkennt, ob der Bearbeitungskopf auf dem Werkstück aufliegt, weiterhin einen induktiven Geber zur Metallerkennung und schliesslich eine softwaregesteuerte Kontrollfunktion mittels Mikrokontroller,
  • - Schalter zur Programmwahl,
  • - Bearbeitungsdüse,
  • - LED-Ring zur Ausleuchtung des Arbeitsbereiches,
  • - Bürstenkranz und Lamellenumhüllung zum Streustrahlungsschutz,
  • - An der Düse angeordnete Laufräder oder Kugeln als Weg- bzw. Geschwindigkeitsaufnehmer, gleichzeitig als Abstandshalte- und -regeleinrichtung;
  • - Zusatzdrahtzuführung,
  • - Temperaturüberwachung des Bearbeitungskopfes,
  • - Schutzglas koaxial und cross jet,
  • - Status- und Parameteranzeige am Bearbeitungskopf,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schutzglasüberwachung hinsichtlich Temperatur und Verschmutzungsgrad auf der Basis der Temperaturmessung des Schutzglases mittels Thermoelement (6) in Verbindung mit einem speziell ausgebildeten schubladenartigen Träger (5), der das Thermoelement (6) beinhaltet, realisiert ist, wobei die Messwerte zur Detektion des ordnungsgemäss eingelegten Schutzglases (3) und zum Steuern der Laserleistung zur Verfügung stehen,
dass eine Geschwindigkeits-Leistungssteuerung vorgesehen ist, bei der die individuell durch den Bediener vorgegebene Geschwindigkeit mit vorher experimentell ermittelten oder berechneten Kennlinien der Laserleistung in Abhängigkeit von der Verfahrgeschwindigkeit in einem Mikrokontroller (9) verglichen und zu einem Steuersignal verarbeitet wird, welches innerhalb eines Geschwindigkeitsintervalls eine Änderung der Laserleistung bewirkt,
dass eine Geschwindigkeits-Zusatzdrahtvorschubsteuerung vorgesehen ist, bei der die individuell durch den Bediener vorgegebene Geschwindigkeit mit vorher experimentell ermittelten oder berechneten Kennlinien für den Zusatzdrahtvorschub in Abhängigkeit von der Verfahrgeschwindigkeit in einem Mikrokontroller (9) verglichen und zu einem Steuersignal verarbeitet wird, welches innerhalb eines Geschwindigkeitsintervalls eine Änderung des Zusatzdrahtvorschubs bewirkt,
dass die Weg- bzw. Geschwindigkeitsaufnehmer am Ende der Bearbeitungsdüse (7) angeordnet sind
dass ein beweglicher Düsenaufsatz zum Zweck der dynamischen Anpassung des Streustrahlungsschutzes an das zu bearbeitende Werkstück vorhanden ist und dass der Bearbeitungskopf sowohl für Hochleistungsdiodenlaser als auch für andere Laser, deren Wellenlängen durch Lichtwellenleiter übertragen werden können, einsetzbar ist.
2. Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzglasträger im wesentlichen aus dem Träger (5) für das Schutzglas (3), einem Thermoelement (6) und einer Verriegelung (4) zusammengesetzt ist, dass bei eingelegtem Schutzglas (3) unmittelbarer Kontakt zwischen diesem und dem Thermoelement (6) hergestellt ist, dass das Schutzglas (3) mittels der Verriegelung (4) gesichert ist und dass die gesamte Einheit durch Verschieben in die Bearbeitungsdüse (13) einsetzbar bzw. aus dieser entfernbar ist oder dass dafür ein Klappmechanismus vorgesehen ist.
3. Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) für das Schutzglas (3) aus einem schlecht wärmeleitenden Material besteht und somit eine thermische Entkopplung des Schutzglases (3) von den durch den Bearbeitungsprozess erhitzten Teilen des Bearbeitungskopfes realisiert ist.
4. Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelung (4) so gestaltet ist, dass eine elektrische Kontaktgabe zum Thermoelement (6) nur dann hergestellt ist, wenn sich ein Schutzglas (3) im Träger (5) befindet und dieser korrekt in den optischen Strahlengang eingesetzt ist.
5. Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeits-Leistungssteuerung einen Mikrokontroller (9) zur Signalverarbeitung, -auswertung und -generierung sowie einen D/A-Wandler (11) und einen Inkrementalgeber (12) beinhaltet, wobei dem Inkrementalgeber (12) ein Wegaufnehmer (8), dem Mikrokontroller (9) Elemente zur Kommunikation (15) in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung und solche zur Laserfreigabe (16), zur Lasersicherheit (17) und zur Status- und Parameteranzeige (18) und dem D/A-Wandler (11) ein Netzteil (19) zugeordnet ist, und dass Wirkverbindungen zum Lasertreiber, zur Laserquelle und zur Bearbeitungsdüse (7) bestehen.
6. Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung der Geschwindigkeits-Zusatzdrahtvorschubsteuerung der Mikrokontroller (9) zum Zweck der Signalverarbeitung, -auswertung und -generierung sowie der D/A-Wandler (11) und der Inkrementalgeber (12) vorgesehen ist, wobei dem Inkrementalgeber (12) der Wegaufnehmer (8), dem Mikrokontroller (9) Elemente zur Kommunikation (15) in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung, Elemente zur Laserfreigabe (16), zur Lasersicherheit (17) und zur Status- und Parameteranzeige (18) sowie solche Zusatzdrahtfreigabe (13) zugeordnet sind, während der D/A-Wandler (11) mit einer Zusatzdrahtvorschubeinheit (14) verbunden ist, und dass Wirkverbindungen zum Lasertreiber, zur Laserquelle und zur Bearbeitungsdüse (7) bestehen.
7. Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser nach den Ansprüchen 1, 5 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsvorgabe ohne motorisch angetriebene Achsen erfolgt und dass zur Aufnahme der Geschwindigkeit ein optisches oder mechanisches System vorgesehen ist.
8. Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser nach den Ansprüchen 1, und 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Signalverarbeitung im Mikrokontroller (9) ein Steuersignal ist, das die Beziehung zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Laserleistung beschreibt, wobei das Steuersignal zur Steuerung der Laserleistung dient und die Steuerung innerhalb eines Geschwindigkeitsintervalls, in dem eine Änderung der Verfahrgeschwindigkeit eine Änderung der Laserleistung nach sich zieht, erfolgt.
9. Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser nach den Ansprüchen 1, und 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Signalverarbeitung im Mikrokontroller (9) ein Steuersignal ist, das die Beziehung zwischen Zusatzdrahtvorschub und Verfahrgeschwindigkeit beschreibt, wobei das Steuersignal der Ansteuerung der Zusatzdrahtvorschubeinheit (14), bestehend aus Motor, Drahtführungssystem und Drahtvorrat, dient und die Steuerung innerhalb eines Geschwindigkeitsintervalls, in dem eine Änderung der Verfahrgeschwindigkeit eine Änderung des Zusatzdrahtvorschubs nach sich zieht, erfolgt.
10. Handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeits-Leistungssteuerung als auch die Geschwindigkeits- Zusatzdrahtvorschubsteuerung in anderen Laseranlagen, beispielsweise mit Festkörperlasern, die entweder hand- oder maschinengeführt sind, verwendet werden können.
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