DE202012008666U1

DE202012008666U1 - Lasergravurgerät

Info

Publication number: DE202012008666U1
Application number: DE202012008666U
Authority: DE
Original assignee: LEGEND LASER Inc
Current assignee: LEGEND LASER Inc
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2013-01-04
Anticipated expiration: 2022-09-12

Abstract

Lasergravurgerät, aufweisend: einen Laserhauptkörper (2), der eine Laserlichtquelle abgibt; eine Führungsstange (20), die im gewissen Abstand vom Laserhauptkörper (2) und parallel dazu angeordnet ist; einen Galvanometer-Abtastkopf (21), der an der Führungsstange (20) angekoppelt ist und dessen Lage durch die Betätigung der Führungsstange (20) veränderbar ist; und einen Antrieb (22), der an einem Ende der Führungsstange (20) angebracht und mit dieser verbunden ist, um die Führungsstange (20) anzutreiben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasergravurgerät, insbesondere ein Lasergravurgerät, das eine flexible Einstellung der Position des Galvanometer-Scanners gewährleistet, um einen großflächigen Lasergravurvorgang durchzuführen.
Es ist über 10 Jahre her, als die Laserbearbeitungstechnik in industriellen Bereichen, wie z. B. im Schweiß- und Schneidebereich angewendet wird. Bis vor wenigen Jahren ist die Technologie hinsichtlich der Laserlichtquelle weiterentwickelt. Gleichzeitig spielt der industrielle Laser kleiner Baugröße eine immer wichtigere Rolle. Das Lasergravurgerät, bei dem Nd-YAG-Laser zur Lasermarkierung eingesetzt wird, hat eine weit verbreitete Verwendung in Metallbereichen, Handwerkzeugen, Kunststoffprodukten, elektronischen Bauteilen, Keramikprodukten, Schreibwaren und Geschenkartikeln gefunden.
Wie in 1 gezeigt, geschieht die herkömmliche Laserbearbeitung in folgender Weise, dass die Laserlichtquelle 10 starr befestigt ist, wobei ein zu bearbeitendes Werkstück 12 von einem x-y-Achsen-Arbeitstisch 11 verschoben wird. Das zu bearbeitende Werkstück 12 wird beim Hin- und Herbewegen graviert, indem der Laserstrahl auf das zu bearbeitende Werkstück 12 fokussiert wird. Andernfalls wird der von einer Laserlichtquelle ausgestrahlte Laserstrahl 10a durch Galvanometerspiegel 13, 14 geleitet und trifft dann durch eine zusammengesetzte Linse 15 fokussiert auf das zu bearbeitende Werkstück 12 auf, um die Bearbeitung des Totems abzuschließen. Die beiden herkömmlichen Verarbeitungsverfahren haben ihre Vor- und Nachteile. Ersteres hat den Vorteil einer genauen Bearbeitungsposition und einer großflächigen Verarbeitung. Der Arbeitstisch 11 weist jedoch eine geringe Bewegungsgeschwindigkeit, was zu einer längeren Verarbeitungsdauer führt. Im Fall, dass das zu bearbeitende Werkstück volumen- oder gewichtsmäßig zu groß ist und somit dessen Bewegung erschwert, kann die Verarbeitungsdauer verlängert und die Verarbeitungsgüte beeinträchtigt werden. Gleichzeitig ist das Verfahren nicht für Massenproduktion geeignet. Letzteres, bei dem die Galvanometerspiegel 13, 14 zur Lichtleitung zum Einsatz kommen, hat den Vorteil, dass das Lichtleitsystem eine kleinere Baugröße aufweist, was eine schnelle Verarbeitung und eine höhere Genauigkeit gewährleistet. Jedoch liegt der Nachteil darin, dass die Verarbeitungsfläche von der unter den Galvanometerspiegeln 13, 14 liegenden, zusammengesetzten Linse 15 abhängt. Wie in 2 gezeigt, muss die Arbeitshöhe 16, 17, 18 des zu bearbeitenden Werkstücks in Anpassung an die Verarbeitungsfläche eingestellt werden. Damit wird die fokussierte Minimum-Laserlichtmarke dicker gemacht, jedoch auf Kosten der feinen Verarbeitung. Außerdem müssen die Anschaffungskosten der zusammengesetzten Linse 15 extra geleistet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Mängel zu beseitigen und ein Lasergravurgerät zu schaffen, das unter Verwendung eines Galvanometer-Scanners und eines x-y-achsigen Verschiebungstisches die Geschwindigkeit und die Effizienz der großflächigen Verarbeitung verbessert, wodurch eine erhöhte Positionierungsgenauigkeit und eine erhöhte Anwendbarkeit der Laserbearbeitung gewährleistet sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Lasergravurgerät, das die im Anspruch 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Gemäß der Erfindung wird ein Lasergravurgerät bereitgestellt, insbesondere ein Lasergravurgerät, das einen Laserhauptkörper, einen Galvanometer-Scanner, eine Führungsstange und einen Antrieb umfasst. Der Galvanometer-Scanner ist an der Führungsstange angekoppelt. Durch den Betrieb des Antriebs wird der Galvanometer-Scanner auf der Führungsstange verschoben. Überschreitet der Verarbeitungsbereich den zulässigen Bereich für den Galvanometer-Scanner, so wird der Galvanometer-Scanner durch die Führungsstange zu einem weiteren Verarbeitungsbereich verschoben, um eine weitere Verarbeitung durchzuführen. Nachdem der Galvanometer-Scanner die Laserstrahlen empfängt, werden die Laserstrahlen hochschnell fokussiert, um das zu bearbeitende Werkstück zu scannen und präzis zu gravieren. Damit können die Kosten für die Anschaffung der zusammengesetzten Linse gespart werden. Außerdem wird vermieden, dass die feine Verarbeitung durch Einstellung der Höhe der zusammengesetzten Linse beeinträchtigt wird, wie dies beim Stand der Technik meist der Fall ist.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 die Vorgehensweise zur Lasergravur in herkömmlicher Weise, wobei die Laserlichtquelle ortsfest angeordnet ist, während das zu bearbeitende Werkstück beweglich auf dem x-y-Achsen-Arbeitstisch liegt;
2 die Vorgehensweise zur Lasergravur in weiterer herkömmlicher Weise, wobei eine zusammengesetzte Linse auf unterschiedliche Arbeitshöhe eingestellt wird, um den Laserstrahl auf das zu bearbeitende Werkstück fokussieren zu können;
3 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasergravurgeräts;
4 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasergravurgeräts;
5 eine Draufsicht auf das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lasergravurgeräts; und
6 in vereinfachter Darstellung die Vorgehensweise zur Lasergravur mit dem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lasergravurgeräts.
In 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lasergravurgeräts gezeigt, das einen Laserhauptkörper 2, eine Führungsstange 20, einen Galvanometer-Scanner 21 und einen Antrieb 22.
Der Laserhauptkörper 2 dient der Versorgung mit der Laserlichtquelle und sorgt für die Projektion des Laserstrahls auf den Galvanometer-Scanner 21. Der Laserhauptkörper 2 ist bodenseitig auf einem Träger 3 montiert.
Die Führungsstange 20, die beispielsweise als Kugelumlaufspindel ausgeführt ist, ist auf einer Halterung 200 montiert und in einem gewissen Abstand von dem Laserhauptkörper 2 parallel dazu angeordnet. Die Führungsstange 20 kann als Kugelumlaufspindel.
Durch den Galvanometer-Scanner 21 erfolgen das Scannen und das Gravieren in der Weise, dass sich der innen befindliche Galvanometerspiegel so dreht, dass die empfangenen Laserstrahlen schnell in unterschiedliche Stellen umgelenkt und auf ein zu bearbeitendes Werkstück fokussiert werden. Der Galvanometer-Scanner 21 ist seitlich an der Führungsstange 20 angekoppelt, wobei seine Lage beim Betätigen der Führungsstange 20 geändert wird.
Der Antrieb 22 wie z. B. Servomotor ist an einem Ende der Führungsstange 20 angebracht und mit dieser verbunden, um die Führungsstange 20 anzutreiben.
Zwischen dem Laserhauptkörper 2 und dem Galvanometer-Scanner 21 sind mehrere Laserstrahl-Umlenkspiegel angeordnet, die den Eintritt von Laserstrahlen in den Galvanometer-Scanner 21 ermöglichen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind ein erster Umlenkspiegel 40, ein zweiter Umlenkspiegel 41 und ein dritter Umlenkspiegel 42 vorgesehen. Der erste Umlenkspiegel 40 ist im Bereich eines Lichtemitters 2a des Laserhauptkörpers 2 angeordnet und dient dem Empfang von Laserstrahlen. Der zweite Umlenkspiegel 41 ist neben dem ersten Umlenkspiegel 40 angeordnet und dient dazu, dass der Laserstrahl nach Umlenken um 180 Grad an den dritten Umlenkspiegel 42 gelangt. Der dritte Umlenkspiegel 42 ist neben dem Galvanometer-Scanner 21 so angeordnet, dass der dritte Umlenkspiegel 42 dem zweiten Umlenkspiegel 41 und dem Galvanometer-Scanner 21 gegenüberliegt. Durch den ersten, den zweiten und den dritten Umlenkspiegel 40, 41, 42 werden die Laserstrahlen nach dem Austritt aus dem Laserhauptkörper 2 auf den Galvanometer-Scanner 21 zur Fokussierung weitergeleitet, um das Werkstück zu scannen und zu gravieren. Der erste Umlenkspiegel 40 und der zweite Umlenkspiegel 41 sind auf einem Montagebrett 5 angebracht, um die entsprechende Position gegenüber dem Galvanometer-Scanner 21 zu verstellen.
Durch die oben erwähnte Gestaltung werden die Laserstrahlen schnell umgelenkt und fokussiert, um ein Bild durch Gravieren am zu bearbeitenden Werkstück herzustellen, wenn der Galvanometer-Scanner 21 die von dem Laserhauptkörper 2 abgegebenen Laserstrahlen empfängt. Durch den Antrieb 22 wird die Führungsstange 20 zur Verschiebung des Galvanometer-Scanners 21 angetrieben, wobei die gescannten Bilder verknüpft werden.
Die im ersten Ausführungsbeispiel gezeigte Führungsstange 20 ist einachsig, nämlich x-achsig verschiebbar angeordnet. Durch eine alternative Anordnung ergibt sich die Ausdehnung des Laserbearbeitungsbereichs. In den 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es sind erfindungsgemäß ferner eine zweite Führungsstange 20a und ein zweiter Führungsstangenträger 20b vorgesehen, wobei der Führungsstange 20a auf dem zweiten Führungsstangenträger 20b positioniert ist, während der zweite Führungsstangenträger 20b senkrecht zur Führungsstange 20 daran angeordnet und durch die Betätigung der zweiten Führungsstange 20 verschiebbar ist. Die zweite Führungsstange 20a ist endseitig mit einem zweiten Antrieb 22a versehen, der für die Betätigung der zweiten Führungsstange 20a sorgt. Der Galvanometer-Scanner 21 ist mit einem Gleitschuh 210 an der zweiten Führungsstange 20a angekoppelt und durch die Betätigung der zweiten Führungsstange 20a verschoben. Bevorzugt ist, dass der zweite Führungsstangenträger 20b beidseitig mit je einer Führungsschiene 20c versehen ist, wobei der Gleitschuh 210 bodenseitig eine der Führungsschiene 20c entsprechende Führungsrille 210a aufweist. Die Führungsschiene 20c greift in die Führungsrille 210a ein, um die Bewegung des Gleitschuhs 210 auf der zweiten Führungsstange 20a zu unterstützen. Damit ist eine sichere Verschiebung des Galvanometer-Scanners 21 gewährleistet. Wie in 6 gezeigt, durch die von der Führungsstange 20 und der zweiten Führungsstange 20a gebildete x-y-Bewegungsachse kann der Bewegungsbereich des Galvanometer-Scanners 21 erweitert werden, was zur Erhöhung des Lasergravurbereichs am zu bearbeitenden Werkstück 23 führt. Gleichzeitig ist eine feine Laserbearbeitung leicht gewährleistet.
Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.

Claims

Lasergravurgerät, aufweisend: einen Laserhauptkörper (2), der eine Laserlichtquelle abgibt; eine Führungsstange (20), die im gewissen Abstand vom Laserhauptkörper (2) und parallel dazu angeordnet ist; einen Galvanometer-Abtastkopf (21), der an der Führungsstange (20) angekoppelt ist und dessen Lage durch die Betätigung der Führungsstange (20) veränderbar ist; und einen Antrieb (22), der an einem Ende der Führungsstange (20) angebracht und mit dieser verbunden ist, um die Führungsstange (20) anzutreiben.
Lasergravurgerät nach Anspruch 1, ferner mit einem ersten Umlenkspiegel (40), einem zweiten Umlenkspiegel (41) und einem dritten Umlenkspiegel (42), wobei der erste Umlenkspiegel (40) im Bereich eines Laseremitters (2a) des Laserhauptkörpers (2) angeordnet ist und dem Empfang von Laserstrahlen dient, und wobei der zweite Umlenkspiegel (41) neben dem ersten Umlenkspiegel (40) angeordnet ist und dazu dient, dass der Laserstrahl nach Umlenken um 180 Grad an den dritten Umlenkspiegel (42) gelangt, und wobei der dritte Umlenkspiegel (42) neben dem Galvanometer-Scanner (21) so angeordnet ist, dass der dritte Umlenkspiegel (42) dem zweiten Umlenkspiegel (41) und dem Galvanometer-Scanner (21) gegenüberliegt.
Lasergravurgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange (20) als Kugelumlaufspindel ausgeführt ist.
Lasergravurgerät, aufweisend: einen Laserhauptkörper (2), der eine Laserlichtquelle abgibt; eine Führungsstange (20), die im gewissen Abstand vom Laserhauptkörper (2) und parallel dazu angeordnet ist; einen Antrieb (22), der an einem Ende der Führungsstange (20) angebracht und mit dieser verbunden ist, um die Führungsstange (20) anzutreiben; eine zweite Führungsstange (20a) und einen zweiten Führungsstangenträger (20b), wobei der Führungsstange (20a) auf dem zweiten Führungsstangenträger (20b) positioniert ist, während der zweite Führungsstangenträger (20b) senkrecht zur Führungsstange (20) daran angeordnet und durch die Betätigung der zweiten Führungsstange (20) verschiebbar ist; einen zweiten Antrieb (22a), der an einem Endabschnitt der zweiten Führungsstange (20a) angebunden ist, um die zweite Führungsstange (20a) anzutreiben; und einen Galvanometer-Abtastkopf (21), der an der zweiten Führungsstange (20a) angekoppelt ist und dessen Lage durch die Betätigung der zweiten Führungsstange (20a) veränderbar ist.
Lasergravurgerät nach Anspruch 4, ferner mit einem ersten Umlenkspiegel (40), einem zweiten Umlenkspiegel (41) und einen dritten Umlenkspiegel (42), wobei der erste Umlenkspiegel (40) im Bereich eines Laseremitters (2a) des Laserhauptkörpers (2) angeordnet ist und dem Empfang von Laserstrahlen dient, und wobei der zweite Umlenkspiegel (41) neben dem ersten Umlenkspiegel (40) angeordnet ist und dazu dient, dass der Laserstrahl nach Umlenken um 180 Grad an den dritten Umlenkspiegel (42) gelangt, und wobei der dritte Umlenkspiegel (42) neben dem Galvanometer-Scanner (21) so angeordnet ist, dass der dritte Umlenkspiegel (42) dem zweiten Umlenkspiegel (41) und dem Galvanometer-Scanner (21) gegenüberliegt.
Lasergravurgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Galvanometer-Scanner (21) mit einem Gleitschuh (210) an der zweiten Führungsstange (20a) angekoppelt ist, wobei der zweite Führungsstangenträger (20b) beidseitig mit je einer Führungsschiene (20c) versehen ist, und wobei der Gleitschuh (210) bodenseitig eine der Führungsschiene (20c) entsprechende Führungsrille (210a) aufweist und wobei die Führungsschiene (20c) in die Führungsrille (210a) eingreift, um die Bewegung des Gleitschuhs (210) auf der zweiten Führungsstange (20a) zu unterstützen.
Lasergravurgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange (20) und die zweite Führungsstange (20a) als Kugelumlaufspindel ausgeführt sind.
Lasergravurgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umlenkspiegel (40) und der zweite Umlenkspiegel (41) auf einem Montagebrett (5) angebracht sind, um die entsprechende Position gegenüber dem Galvanometer-Scanner (21) zu verstellen.