DE20014423U1 - Hand-held processing head for a high-power diode laser - Google Patents
Hand-held processing head for a high-power diode laserInfo
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Description
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BeschreibungDescription
Handgeführter Bearbeitungskopf für einen HochleistungsdiodenlaserHand-held processing head for a high-power diode laser
Die Erfindung betrifft den Bereich der Materialbearbeitung mittels Hochleistungsdiodenlaser, insbesondere zum Schweißen, Oberflächenreinigen, Auftragsschweißen, Schneiden, Bohren, Gravieren und dgl..The invention relates to the field of material processing using high-power diode lasers, in particular for welding, surface cleaning, deposition welding, cutting, drilling, engraving and the like.
Vorgestellt wird ein handgeführter Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser, oder andere Laser, deren Wellenlängen durch Lichtwellenleiter übertragen werden können, der speziell für die Einhandführung konzipiert ist.A hand-held processing head for a high-power diode laser or other lasers whose wavelengths can be transmitted via optical fibers is presented, which is specially designed for one-handed operation.
Systemkomponenten sind im wesentlichen der erwähnte Bearbeitungskopf mit Anordnungen zum Strahlungsschutz, zur Abstandsregulierung und zur Leistungssteuerung in Abhängigkeit von der Bearbeitungsgeschwindigkeit, eine Laserquelle, die Stromversorgung mit Regelung und eine Sicherheitssensorik.System components are essentially the aforementioned processing head with arrangements for radiation protection, distance regulation and power control depending on the processing speed, a laser source, the power supply with control and safety sensors.
Der Stand der Technik auf dem in Rede stehenden Gebiet hält verschiedene Systeme zur Materialbearbeitung mit handgeführten Laserbearbeitungsköpfen bereit, wobei unter „handgeführt" überwiegend zu verstehen ist, daß der Laserbearbeitungskopf mit Hand auf das Werkstück aufgesetzt und mittels einer motorisch betriebenen Antriebseinheit auf diesem geführt wird.The state of the art in the field in question provides various systems for material processing with hand-held laser processing heads, whereby "hand-held" is mainly understood to mean that the laser processing head is placed on the workpiece by hand and guided along it by means of a motor-operated drive unit.
Es erscheint aber wünschenswert, einen Bearbeitungskopf zur Verfügung zu haben, der eine freie Einhandführung ermöglicht, d.h. ohne Antriebseinheit für die Bewegung auf dem Werkstück.However, it seems desirable to have a machining head available that allows free one-handed guidance, i.e. without a drive unit for movement on the workpiece.
In der DE OS 42 12391 ist ein Laserhandstück für den Dentalbereich vorgestellt, in welchem das Auskoppelende eines Lichtleiters gelagert ist. Das Handstück trägt weiterhin einen Fokusier- und Umlenkkopf sowie andere Elemente. Hier ist davon auszugehen, daß dieses Gerät nicht für den Hochleistungsbereich vorgesehen und geeignet ist.DE OS 42 12391 presents a laser handpiece for the dental sector in which the output end of a light guide is mounted. The handpiece also has a focusing and deflection head as well as other elements. It can be assumed that this device is not intended or suitable for the high-performance sector.
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In der DE 198 39 482 wird ein Materialbearbeitungssystem mittels Hochleistungsdiodenlaser vorgestellt, das einen Bearbeitungskopf beinhaltet. Der Bearbeitungskopf enthält alle für die qualitätsgerechte Durchführung des Arbeitsprozesses und den Schutz des Bedieners erforderlichen Komponenten. 5DE 198 39 482 presents a material processing system using a high-performance diode laser, which includes a processing head. The processing head contains all the components required for the quality-compliant execution of the work process and the protection of the operator. 5
Dieser Bearbeitungskopf soll durch die nachfolgend vorgestellte Erfindung im Hinblick auf Wartungsfreundlichkeit, Streustrahlungsschutz, Geschwindigkeits- und Leistungsregelung weiter optimiert und darüber hinaus durch Zusatzfunktionen im Gebrauchswert verbessert werden.
Dazu sind bekannte zur Funktion und für die Lasersicherheit zwingend erforderliche Elemente mit erfinderischen Merkmalen zu kombinieren, mit dem Ziel, ein Handgerät für die freie einhändige Führung auf dem Werkstück zur Verfügung zu haben, das eine Masse unter drei Kilogramm besitzt.The invention presented below is intended to further optimize this processing head in terms of ease of maintenance, protection against scattered radiation, speed and power control and, in addition, to improve its utility value through additional functions.
For this purpose, known elements that are absolutely necessary for the function and for laser safety are to be combined with inventive features, with the aim of having a hand-held device for free one-handed guidance on the workpiece that has a mass of less than three kilograms.
Der erfindungsgemässe handgeführte Bearbeitungskopf weist folgende Komponenten auf:The hand-held machining head according to the invention has the following components:
- Ergonomischer Griff zur Einhandführung;- Ergonomic handle for one-handed use;
- Fasereinkopplung im Griff des Bearbeitungskopfes;- Fiber coupling in the handle of the processing head;
- Kollimationsoptik zur Strahlenbündelung;- Collimation optics for beam bundling;
- Spiegel zur Umlenkung des Strahlenganges zwischen 0 und 120 °; - Optik zur Fokussierung der Strahlung;- Mirror for deflecting the beam path between 0 and 120 °; - Optics for focusing the radiation;
- Kamera und Optik zur Prozessbeobachtung, wobei der Arbeitsbereich direkt einsehbar oder vorzugsweise auf einem Display am Bearbeitungskopf zu verfolgen ist;- Camera and optics for process observation, whereby the working area can be viewed directly or preferably followed on a display on the processing head;
- 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;- Three independently operating safety circuits, namely a laser release button that detects whether the machining head is resting on the workpiece, an inductive sensor for metal detection and finally a software-controlled control function using a microcontroller;
- Schalter zur Programmwahl;- Switch for program selection;
- Bearbeitungsdüse;- processing nozzle;
- LED- Ring zur Ausleuchtung des Arbeitsbereiches;- LED ring to illuminate the work area;
- Bürstenkranz und Lamellenumhüllung zum Streustrahlungsschutz;- Brush ring and lamella covering for protection against scattered radiation;
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- An der Düse angeordnete Laufräder oder Kugeln als Weg- bzw. Geschwindigkeitsaufnehmer, gleichzeitig als Abstandshalte- und -regeleinrichtung;- Impellers or balls arranged on the nozzle as position or speed sensors, at the same time as distance holding and control devices;
- Zusatzdrahtzuführung;- Additional wire feed;
- Temperaturüberwachung des Bearbeitungskopfes;
- Schutzglas koaxial und cross jet;- Temperature monitoring of the machining head;
- Protective glass coaxial and cross jet;
- Status- und Parameteranzeige am Bearbeitungskopf.- Status and parameter display on the processing head.
Für eine optimale und sichere Arbeitsweise sind diese teilweise unverzichtbar bzw. zweckmässig.In some cases, these are indispensable or useful for optimal and safe working.
Zur weiteren Optimierung eines handgeführten Bearbeitungskopfes ohne motorisch betriebene Antriebseinheit für einen Hochleistungsdiodenlaser und andere Laser, deren Wellenlängen durch Lichtwellenleiter übertragen werden können, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, das Schutzglas in einem schubladenartigen Träger anzuordnen und hinsichtlich Temperatur und Verschmutzungsgrad zu überwachen, die am Düsenende angeordneten Weg- bzw. Geschwindigkeitsaufnehmer zurGeschwindigkeits-Leistungssteuerung und zur Geschwindigkeits- Zusatzdrahtvorschubsteuerung zu benutzen und weiterhin einen beweglichen Düsenaufsatz zum Zweck der dynamischen Anpassung des Streustrahlungsschutzes an das zu bearbeitende Werkstück in geeigneter Weise an der Bearbeitungsdüse anzuordnen.To further optimize a hand-held processing head without a motor-driven drive unit for a high-performance diode laser and other lasers whose wavelengths can be transmitted by optical fibers, it is proposed according to the invention to arrange the protective glass in a drawer-like carrier and to monitor it with regard to temperature and degree of contamination, to use the displacement or speed sensors arranged at the nozzle end for speed power control and for speed additional wire feed control and furthermore to arrange a movable nozzle attachment in a suitable manner on the processing nozzle for the purpose of dynamically adapting the scattered radiation protection to the workpiece to be processed.
Die vorgeschlagenen Massnahmen werden nachfolgend näher erläutert:The proposed measures are explained in more detail below:
Schutzglasträger und Schutzglasüberwachung: Protective glass carrier and protective glass monitoring :
Bei geringen Arbeitsabständen von Lasermaterialbearbeitungsoptiken vom direkten Arbeitsbereich ist es zwingend erforderlich, letztere vor Verschmutzung mittels eines zwischengelagerten Schutzglases zu bewahren.When laser material processing optics are at short working distances from the direct working area, it is imperative to protect the latter from contamination by means of an intermediate protective glass.
Da die Verschmutzung einen Teil der Laserstrahlung absorbiert und somit die Laserleistung am Bearbeitungsort verringert, ist es darüber hinaus erforderlich, den Verschmutzungsgrad des Schutzglases, im Extremfall dessen Zerstörung, zu überwachen, um es rechtzeitig reinigen bzw. austauschen zu können.Since the contamination absorbs part of the laser radiation and thus reduces the laser power at the processing location, it is also necessary to monitor the degree of contamination of the protective glass, or in extreme cases its destruction, in order to be able to clean or replace it in a timely manner.
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Hierzu wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, das Schutzglas in einem Träger anzuordnen. Dieser ist zur Sichtkontrolle auf Unregelmässigkeiten oder zum Austausch des Schutzglases ohne Justage schnell und problemlos in den Strahlengang der Bearbeitungsoptik einbringbar bzw. aus diesem zu entfernen, vorzugsweise mittels eines Schiebe- oder Klappmechanismus. Der Träger beherbergt ein Thermoelement zur Messung der Schutzglastemperatur. Das Thermoelement ist dazu auf bzw. in der Auflagefläche für das Schutzglas angeordnet und hat zu diesem direkten Kontakt, wodurch die Schutzglastemperatur unmittelbar detektiert werden kann. Ein Beispiel für die apparative Gestaltung ist im späteren Beschreibungstext in einem Ausführungsbeispiel angegeben.For this purpose, the invention proposes arranging the protective glass in a carrier. This can be quickly and easily inserted into or removed from the beam path of the processing optics for visual inspection for irregularities or for replacing the protective glass without adjustment, preferably by means of a sliding or folding mechanism. The carrier houses a thermocouple for measuring the protective glass temperature. The thermocouple is arranged on or in the support surface for the protective glass and has direct contact with it, whereby the protective glass temperature can be detected directly. An example of the apparatus design is given in an embodiment in the later description text.
Der Anstieg der Schutzglastemperatur nach Einschalten des Lasers ist in Abhängigkeit von der verwendeten Laserleistung ein Mass für den Verschmutzungsgrad bzw. ein Indiz für einen Defekt am Schutzglas und kann somit aus dem Signal des Thermoelements abgeleitet werden. Mittels eines geeigneten Anzeigeelements ist der Verschmutzungsgrad und/oder die Temperatur des Schutzglases für den Bediener darstellbar und kann von diesem entsprechend interpretiert werden. Zweckmässigerweise wird die Laserleistung in Abhängigkeit vom ermittelten Verschmutzungsgrad des Schutzglases im Hinblick auf ein konstantes Leistungsangebot am Arbeitsort geregelt.
Die verschmutzten Schutzgläser sind somit ohne massgebliche Beeinträchtigung der Bearbeitungsqualität länger nutzbar.The increase in the protective glass temperature after the laser is switched on is, depending on the laser power used, a measure of the degree of contamination or an indication of a defect in the protective glass and can therefore be derived from the signal from the thermocouple. Using a suitable display element, the degree of contamination and/or the temperature of the protective glass can be shown to the operator and can be interpreted accordingly. The laser power is conveniently regulated depending on the determined degree of contamination of the protective glass with a view to ensuring a constant power supply at the work location.
The dirty protective glasses can therefore be used for longer without significantly affecting the processing quality.
Bei Überschreiten einer kritischen Temperatur wird der Bearbeitungslaser abgeschaltet.If a critical temperature is exceeded, the processing laser is switched off.
Dadurch wird die Zerstörung des Schutzglases und der dahinter liegenden Optik verhindert.This prevents the destruction of the protective glass and the optics behind it.
Die vorgestellte Messung der Schutzglastemperatur stellt gegenüber bisher verwendeten Systemen, die den Verschmutzungsgrad über die austretende Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge bestimmen, eine robuste gegenüber Verunreinigungen unempfindliche Schutzglasüberwachung dar.Compared to previously used systems that determine the degree of contamination via the emitted radiation of different wavelengths, the measurement of the protective glass temperature presented here represents a robust protective glass monitoring system that is insensitive to contamination.
Vorteilhafterweise ist der Schutzglasträger aus einem schlecht wärmeleitenden Material gefertigt. Somit erreicht man eine thermische Entkopplung des Schutzglases von den durch den Bearbeitungsprozess erhitzten Teilen, beispielsweise der Bearbeitungsdüse.The protective glass carrier is advantageously made of a material that is a poor conductor of heat. This achieves thermal decoupling of the protective glass from the parts heated by the machining process, for example the machining nozzle.
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Das hat den Vorteil, dass Messwertverfälschungen vermieden und die Thermospannungen im Schutzglas reduziert werden.This has the advantage that measurement value distortions are avoided and the thermal stresses in the protective glass are reduced.
Schliesslich beinhaltet der Schutzglasträger einen Verriegelungsmechanismus. Dieser ist vorteilhafterweise so gestaltet, dass er den elektrischen Kontakt zum Thermoelement nur dann schliesst, wenn sich ein Schutzglas im Träger befindet und dieser korrekt in den optischen Strahlengang eingesetzt ist. Somit ist über den Kontakt des Thermoelements feststellbar, ob ein Schutzglas ordnungsgemäss im Bearbeitungskopf einliegt.Finally, the protective glass carrier contains a locking mechanism. This is advantageously designed in such a way that it only closes the electrical contact to the thermocouple when there is a protective glass in the carrier and this is correctly inserted into the optical beam path. This means that the contact of the thermocouple can be used to determine whether a protective glass is correctly inserted in the processing head.
Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Geschwindigkeits-Leistungssteuerung ist am Bearbeitungskopf eines Laserschweissgerätes realisiert und ermöglicht das Laserhandschweissen mit Hochleistungsdiodenlasern wie auch anderen Laserquellen. Die Leistungssteuerung basiert auf der Verfahrgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes auf dem Werkstück, und zwar durch einer Art Wertzuweisung, bei der vorher experimentell ermittelte Kennlinien oder berechnete Kennlinien herangezogen werden. Ohne diese Steuerung wären keine lasergerechten Schweissungen von Hand realisierbar.The speed-power control proposed according to the invention is implemented on the processing head of a laser welding device and enables manual laser welding with high-power diode lasers as well as other laser sources. The power control is based on the speed of travel of the processing head on the workpiece, namely through a type of value assignment in which previously experimentally determined characteristics or calculated characteristics are used. Without this control, laser-compatible welding would not be possible by hand.
Zunächst wird die Bearbeitungs- oder Verfahrgeschwindigkeit in individuell unterschiedlicher Weise, abhängig vom Bediener, vorgegeben. Dabei werden keine Achsen motorisch betriebenen. Die Geschwindigkeit wird berührungslos über ein optisches System oder berührend mittels einer mechanischen Einrichtung aufgenommen. Ein im Bearbeitungskopf befindlicher Mikrocontroller übernimmt die Signalverarbeitung.First, the processing or travel speed is specified in a different way depending on the operator. No axes are motor-driven. The speed is recorded contactlessly via an optical system or contact-based using a mechanical device. A microcontroller located in the processing head handles the signal processing.
Die Signalauswertung ergibt ein Steuersignal, welches die Beziehung zwischen der Laserleistung und der Vorschubgeschwindigkeit beschreibt.The signal evaluation produces a control signal that describes the relationship between the laser power and the feed rate.
Die Steuerung erfolgt innerhalb eines Geschwindigkeitsintervalls, in dem eine Änderung der Verfahrgeschwindigkeit eine Änderung der Laserleistung nach sich zieht.The control takes place within a speed interval in which a change in the travel speed results in a change in the laser power.
200700gb200700gb
Die Kennlinien der Laserleistung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, die entweder berechnet oder aber aus Experimenten ermittelt wurden, werden bei Variation der Prozessparameter, beispielsweise Materialart oder Materialdicke, vom Programmspeicher abgefragt. Das ermittelte Steuersignal dient der Veränderung der Laserleistung. Die beschriebene Geschwindigkeits-Leistungssteuerung ist nicht auf diesen konkreten Einsatzfall beschränkt. Sie ist in Verbindung mit anderen Laseranlagen, zum Beispiel solche mit Festkörperlasern, hand- oder maschinengeführt, auch anderweitig einsetzbar.The characteristics of the laser power as a function of the speed, which have either been calculated or determined from experiments, are queried from the program memory when the process parameters, such as material type or material thickness, are varied. The control signal determined is used to change the laser power. The speed-power control described is not limited to this specific application. It can also be used in other ways in conjunction with other laser systems, for example those with solid-state lasers, hand-held or machine-operated.
Geschwindigkeits- ZusatzdrahtvorschubsteuerungSpeed and additional wire feed control
Die Geschwindigkeits-Zusatzdrahtvorschubsteuerung ist wie die Geschwindigkeits-Leistungssteuerung im oder am Bearbeitungskopf eines mobilen Laserhandschweissgerätes realisiert. Sie ermöglicht das Laserhandschweissen mit Zusatzwerkstoff auf der Basis von Hochleistungsdiodenlasern und anderen Laserquellen.The speed and filler wire feed control is implemented in or on the processing head of a mobile laser welding device, just like the speed and power control. It enables laser welding with filler material based on high-performance diode lasers and other laser sources.
Die Zusatzdrahtvorschubsteuerung beruht auf der Verfahrgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes auf dem Werkstück.The additional wire feed control is based on the travel speed of the machining head on the workpiece.
Basis für die Geschwindigkeits-Zusatzdrahtvorschubsteuerung ist eine Art Wertzuweisung, bei der vorher experimentell ermittelte Kennlinien oder berechnete Kennlinien herangezogen werden.The basis for the speed additional wire feed control is a type of value assignment in which previously experimentally determined characteristics or calculated characteristics are used.
Zunächst wird die Bearbeitungs- oder Verfahrgeschwindigkeit individuell vom Bediener vorgegeben. Dabei werden keine Achsen motorisch betriebenen.First, the processing or travel speed is set individually by the operator. No axes are motor-driven.
Die Geschwindigkeit wird berührungslos über ein optisches System oder berührend mittels einer mechanischen Einrichtung aufgenommen. Ein im Bearbeitungskopf befindlicher MikroController übernimmt die Signalverarbeitung.The speed is recorded contactlessly via an optical system or contact-based using a mechanical device. A microcontroller located in the processing head handles the signal processing.
Das Ergebnis der Signalauswertung ist ein Steuersignal, welches die Beziehung zwischen Zusatzdrahtvorschub und Verfahrgeschwindigkeit beschreibt.The result of the signal evaluation is a control signal which describes the relationship between additional wire feed and travel speed.
Die Steuerung erfolgt innerhalb eines Geschwindigkeitsintervalls, in dem eine Änderung der Verfahrgeschwindigkeit eine Änderung des Zusatzdrahtvorschubs bewirkt.The control takes place within a speed interval in which a change in the travel speed causes a change in the additional wire feed.
200700gb .:# .:.: : !··* l 200700gb. :# . : .: : !··* l
Die Kennlinien des Zusatzdrahtvorschubs in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, die entweder berechnet oder aus Experimenten ermittelt wurden, werden bei Variation der Schweissparameter, beispielsweise der Materialart, -dicke oder der Spaltbreite, vom Programmspeicher abgefragt. Das ermittelte Signal dient der Ansteuerung der Zusatzdrahtvorschubeinheit, bestehend aus Motor, Drahtführungssystem und Drahtvorrat. Die Geschwindigkeits-Zusatzdrahtvorschubsteuerung kann auch in Verbindung mit anderen Laseranlagen, beispielsweise mit Festkörperlasern eingesetzt werden, die entweder hand- oder maschinengeführt sind.The characteristics of the additional wire feed as a function of the speed, which have either been calculated or determined from experiments, are queried from the program memory when the welding parameters, such as the type of material, thickness or gap width, are varied. The determined signal is used to control the additional wire feed unit, consisting of motor, wire guide system and wire supply. The speed additional wire feed control can also be used in conjunction with other laser systems, for example with solid-state lasers, which are either hand- or machine-guided.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments.
Hierzu werden mehrere Zeichnungen herangezogen.Several drawings are used for this purpose.
In Figur 1 ist eine apparative Lösung für einen Laserschutzglasträger angegeben.Figure 1 shows an apparatus solution for a laser protection glass carrier.
Figur 2 ist eine Prinzipskizze für die Geschwindigkeits- Leistungssteuerung und Figur zeigte eine solche für die Geschwindigkeits- Zusatzdrahtvorschubsteuerung.Figure 2 is a schematic diagram for the speed-power control and Figure 3 shows one for the speed-wire feed control.
Die verwendeten Bezugszeichen bedeuten:The reference symbols used mean:
200700gb200700gb
16 Elemente zur Laserfreigabe,16 elements for laser release,
17 Elemente zur Lasersicherheit,17 elements of laser safety,
18 Elemente zur Status- und Parameteranzeige,18 elements for status and parameter display,
19 Netzteil.
519 Power supply.
5
Zunächst wird ein Beispiel für einen Schutzglasträger in Verbindung mit einer Schutzglasüberwachung angegeben. Der Schutzglasträger ist in Figur 1 zeichnerisch dargestellt.First, an example of a protective glass carrier in conjunction with a protective glass monitoring system is given. The protective glass carrier is shown in Figure 1.
Im wesentlichen besteht dieser aus dem Träger 5 für das Schutzglas 3, einem Thermoelement 6 und einer Verriegelung 4.Essentially, it consists of the carrier 5 for the protective glass 3, a thermocouple 6 and a locking mechanism 4.
Das Thermoelement 6 ist so am Träger 5 befestigt, dass es bei eingelegtem Schutzglas 3 unmittelbar an diesem anliegt. Darüber hinaus ist das Schutzglas 3 mittels der Verriegelung 4, die in fachüblicher Weise ausgebildet ist, gesichert. Sie trägt dazu bei, dass das Schutzglas 3 korrekt am Thermoelement 6 anliegt bzw. im Träger 5 positioniert ist.The thermocouple 6 is attached to the carrier 5 in such a way that it rests directly against the carrier when the protective glass 3 is inserted. In addition, the protective glass 3 is secured by means of the locking mechanism 4, which is designed in a conventional manner. It helps to ensure that the protective glass 3 rests correctly against the thermocouple 6 and is positioned in the carrier 5.
Die gesamte Einheit ist durch Verschieben in die Bearbeitungsdüse 7 einsetzbar bzw. aus dieser entfernbar. Ebenso wäre dafür ein Klappmechanismus denkbar. Zur Funktionsweise der Schutzglasüberwachung wird auf den vorangestellten Beschreibungstext verwiesen.The entire unit can be inserted into or removed from the processing nozzle 7 by sliding it. A folding mechanism would also be conceivable. For information on how the protective glass monitoring system works, please refer to the preceding description.
Eine Geschwindigkeits- Leistungssteuerung ist wie bereits beschrieben realisiert. Figur 2 zeigt eine Prinzipskizze dazu.A speed and power control is implemented as already described. Figure 2 shows a schematic diagram.
Die Steuerung besteht aus einem Mikrokontroller 9 zur Signalverarbeitung, -auswertung und -generierung, einem D/A- Wandler 11 und einem Inkrementalgeber 12 als zentrale Einheit.The control system consists of a microcontroller 9 for signal processing, evaluation and generation, a D/A converter 11 and an incremental encoder 12 as the central unit.
Der Inkrementalgeber 12 bezieht Signale von einem Wegaufnehmer 8 im gewählten Beispiel in Form eines Laufrades in Verbindung mit einem Sensor 10. Dem Mikrokontroller 9 sind Elementen zur Kommunikation 15 in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung zugeordnet. Er gibt Informationen an Elemente zur Laserfreigabe 16, zur Lasersicherheit 17 und zur Status- und Parameteranzeige 18 ab. Der D/A- Wandler ist mit einem Netzteil 19 verbunden.The incremental encoder 12 receives signals from a position sensor 8, in the selected example in the form of a wheel in connection with a sensor 10. Elements for communication 15 in the form of a programmable logic controller are assigned to the microcontroller 9. It provides information to elements for laser release 16, laser safety 17 and status and parameter display 18. The D/A converter is connected to a power supply 19.
200700gb200700gb
Über die genannten Elemente sind somit Wirkverbindungen zum Lasertreiber, zur Laserquelle und zur Bearbeitungsdüse 7 hergestellt.The above-mentioned elements thus establish active connections to the laser driver, the laser source and the processing nozzle 7.
Die Geschwindigkeits-Zusatzdrahtvorschubsteuerung ist prinzipiell gleich aufgebaut. Hier gibt der D/A- Wandler 11 das Steuersignal an die Zusatzdrahtvorschubeinheit 14 aus. Der Mikrokontroller 6 gibt zusätzlich Informationen an Elemente zur Zusatzdrahtfreigabe 13 ab. Eine Prinzipskizze hierfür ist in Figur 3 angegeben.The speed additional wire feed control is basically constructed in the same way. Here, the D/A converter 11 outputs the control signal to the additional wire feed unit 14. The microcontroller 6 also outputs information to elements for additional wire release 13. A schematic diagram of this is shown in Figure 3.
Die Weg- bzw. Geschwindigkeitsaufnehmer befinden sich am Ende der Bearbeitungsdüse7.The position and speed sensors are located at the end of the processing nozzle7.
An dieser ist ein beweglicher Düsenaufsatz zum Zweck der dynamischen Anpassung des Streustrahlungsschutzes an das zu bearbeitende Werkstück angeordnet. 15A movable nozzle attachment is arranged on this for the purpose of dynamically adjusting the scattered radiation protection to the workpiece to be processed. 15
Claims (10)
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. 1. Hand-held processing head for a high-power diode laser, which contains the following components, either mandatory or optional
that a protective glass monitoring system with regard to temperature and degree of contamination is implemented on the basis of the temperature measurement of the protective glass by means of a thermocouple ( 6 ) in conjunction with a specially designed drawer-like carrier ( 5 ) which contains the thermocouple ( 6 ), the measured values being available for detecting the properly inserted protective glass ( 3 ) and for controlling the laser power,
that a speed-power control is provided, in which the speed individually specified by the operator is compared with previously experimentally determined or calculated characteristics of the laser power as a function of the travel speed in a microcontroller ( 9 ) and processed into a control signal which causes a change in the laser power within a speed interval,
that a speed additional wire feed control is provided, in which the speed individually specified by the operator is compared with previously experimentally determined or calculated characteristics for the additional wire feed as a function of the travel speed in a microcontroller ( 9 ) and processed into a control signal which causes a change in the additional wire feed within a speed interval,
that the displacement or speed sensors are arranged at the end of the processing nozzle ( 7 )
that a movable nozzle attachment is available for the purpose of dynamically adjusting the scattered radiation protection to the workpiece to be processed and that the processing head can be used both for high-power diode lasers and for other lasers whose wavelengths can be transmitted by optical fibers.
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