DE2326296A1

DE2326296A1 - Bearbeitungslaser mit einem, zum schutz gegen gluehende metallteilchen vor dem laserobjektiv angeordneten lichtdurchlaessigen schutzschirm

Info

Publication number: DE2326296A1
Application number: DE2326296A
Authority: DE
Inventors: Paul Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-05-23
Filing date: 1973-05-23
Publication date: 1974-12-12
Also published as: DE2326296B2

Description

Bearbeitungslaser mit eine zun Schutz gegen glühende Metallteilchen vor dem Laserobjektiv angeordneten lichtdurchlässigen Schutzschirm Die Erfindung bezieht sich auf einen, die Objektivlinse eines Bearbeitungslasers schützenden, lichtdurchlässigen Schirm zum Schutz gegen glühende Metallteilchen.
Bei einer bekannten Laserstrahl-Bearbeitungsvorrichtung (DT-OS 1 947 664) wird das Laserlicht mittels eines Linsensystems auf das zu bearbeitende Werkstück fokussierte Im Rochenergiebereich betriebene Laser arbeiten im Impulsbetrieb, derart, daß bei einem Impuls (Schuß) durch die hohe Energiedichte das zu bearbeitende Material verdampft. Insbesonders beim Schweißen und Brennen von Metallen kommt es vor, daß infolge der hohen Energiedichte Teilchen verdampfen oder aufglühen und von der Bearbeitungsstelle mit hoher Geschwindigkeit abspritzen Es besteht ferner die Gefahr, daß das vom Bearbeitungsort des Werkstückes reflektierte und noch eine sehr hohe Energie aufweisende Laser-Licht, die Augen der Bedienungeperson gefährdet. Zur Vermeidung dieses letztgenannten Nachteils, ist es bekannt, zwischen der Bearbeitungsoptik und dem Werkstück ein aus Acrylglas gebildetet Tubus anzuordnen.
Dieser Tubus ist durchsichtig und schützt die Augen der Bedienungsperson sowohl gegen die vom Werkstück abdampfenden und ausprühenden Teilchen9 aber auch gegen die vom Bearbeitungsort reflektierten Strahlen0 Der Tubus iet fernerhin mit einer Absaugeeinrichtung ausgerüstet, die dazu dienen soll, die vom Bearbeitungsort spritzenden Materialteilchen von der Laseroptik fernzuhalten.
Bei einem anderen bekannten Bearbeitungslaser zum Bohren von Werkstücken, insbesondere von Ubrensteinen, gemäß der DIIOS 1 790 129 ist ebenfalls der Laser-Optik ein Tubus vorgeschaltet, wobei in einer Ausführungsform zwischen dem Werkstück und der Optik des Lasers, eine, in einem Tubus eingesetzte und die Objektivlinse des Lasers gegen abspritzende Materialteilchen schützende Glasplatte angeordnet ist. Zusätzlich wird dem Tubus hier Druckluft zugeführt, derart, daß durch den quer zum Laserstrahl über das Werkstück geführten Luftstrom, die vom Bearbeitungsort dampfenden und -spritzenden Partikel vom Schutz schirm ferngehalten werden.
Es hat sich indessen gezeigt, daß derartige Schutzschirme zum Schutz der Optik nur für eine relativ kurze Dauer ihren Zweck erfüllen. Zur Gewährleistung eines sich über einen längeren Zeitraum erstreckenden Betriebes des Bearbeitungslasers, sind sie nicht geeignet. Je nach Art des zu bearbeitenden Materials, insbesondere aber bei Metall, ist es weder durch Absaugen noch durch Abblasen möglich, den Schutzschirm frei von vom Werkstück abgespritzten oder abgedampften Verunreinigungen zu halten. Selbst ein Luftstrom, der mit einem Druck von 5 Atmosphären über den Bearbeitungsort geleitet wird, vermag nicht die vom Bearbeitungsort absprübenden Metallteilchen vom Schutzschirm fernzuhalten. Der besondere Nachteil besteht jedoch darin, daß die beim Bearbeiten von Metall mit hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur absprühenden kleinen Teilchen sich dabei fest an den aus einer Glasplatte bestehenden Schutzschirm ansetzen bzw. einbrennen . Nach etwa 20 bis 50 Impulsen des Bearbeitungslasere ist die die Objektivlinse schützende Glasscheibe unbrauchbar.
Ausgebend von einem Bearbeitungslaser, insbesondere zum Bearbeiten von Metallteilchen, dessen Laserlicht auf den Bearbeitungsort des Werketückere fokussierbar ist und der einen im Strahlengang zwischen Werkstück und der Optik des Lasers angeordneten, die Optik schützenden Licht durchlässigen Schutzschirm aufweist, besteht die derErfindungzugrunde-;Liegende Aufgabe darin, einen Schutz schirm zu schaffen, der gegen ein Einbrennen oder ein Lnhaften der vom Werkstück abeprühenden Metallteilche unempfindlich ist. Diese Aufgabe wird gemgemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schutzschirm aus Acrylglas besteht Es wurde überraschend gefunden, daß Acrylglas, insbesondere ein aus polymerem Metacrylsäuremethylester bestehendes Acrylglas als Objektivschutzsohirm sehr widerstandefähig gegen ein Einbrennen oder ein Anhaften von glühenden Metallteilchen ist.
Diese Metallteilchen haften nicht an der dem Schweißort zugekehrten Fläche des Acrylglases an, sondern werden abgewiesen.
Das Acrylglas erblindet selbst nach längerem Betrieb des Lasers nicht, so daß der Bearbeitungslaser iw Dauerbetrieb zu betreiben ist0 Vergleichsweise ist ein derartiger aus Acrylglas gebildeter Schutz schirm selbst nach zwanzigtausend Impulsen noch brauchbar, wo hingegen eine Glasplatte bereits bei vierzig Impulsen unbrauchbar wurde. Ein Absaugen oder Abblasen von vom Werkstück abgeschleuderten und abdampfenden Metallteilchen entfällt somit.
In den Zeichnungen ist eine Sektion eines gemäß der Erfindung gebildeten Bearbeitungslasers schematisch dargestellt.
Die Objektivlinse 1 des Bearbeitungslasers 2 trägt einen Tubus 3, in dem ein Schlitz 4 zur Aufnahme eines aus Acrylglas gebildeten Schutzschirmes 5 eingelassen ist. Das Objektiv ist der Höhe nach einstellbar, derart, daß das Laserlicht 6 - wie gestrichelt dargestellt - auf dem Bearbeitungsort 7 eines aus Metall gebildeten Werkstückes 8 fokussierbar ist. Der aus Acrylglas gebildete Schutzschirm 5 ist derart im Strahlengang des Laserlichtes 6 angeordnet, daß seine Fläche 5 e in einer sekrechten Ebene zur optischen Achse 9 gelegen ist. Die beim Betrieb des Lasers mit hoher Geschwindigkeit vom Bearbeitungsort 7 des Werkstückes 8 absprühenden Metallteilchen 8f gelangen an die Fläche 5' des Schutzschirmes und prallen dort ab; sie haften nicht an dem aus Acrylglas vorzugsweise aus polymeren Metaerylsäuremethyleser bestehenden Material des Schirmes an.
Obwohl die vom Werkstück absprühenden glühenden Metallteilchen an der Schirmfläche nicht haften, verliert der Schutzschirm durch das dauernde Bombardement bei längerem Betrieb, z. B. nach etwa vierzigtausend Impulsen, seine ebene Oberflächenstruktur; dadurch wird die Schärfe des Brennpunktes, aber auch die Lichtdurchlässigkeit des Schirmes beeinträchtigt.
Der Schutzschrim muß gegen einen anderen ausgewechselt werden. Zu diesem Zweck ist der Schutzschrim 5 an seinem Ende 10 hinreichend weit aus dem Tubus herausgeführt; er kann daher leicht aus dem Tubus entnommen werden.
Zum Schutz der Bedienungsperson ist auf dem Tubus 3 ein weiterer Sekundärtubus ii der z.B. gemäß der deutschen Patentschrift .... (DT OS 1 947 664) gebildet ist - auf gesetzt0 Sowohl der Tubus 3 wie auch der Sekundärtubes 11 sind vorteilhaft ebenfalls aus Acrylglas gebildet Sofern keine weiteren Filtergläser zum Schutz der Augen zur An Wendung kommen, ist es vorteilhaft den Sekundärtubus mit einem Lichtfilter-Schutz zu versehen0 Der Tubus 3 sowie der Sekundärtubus 11 können auch als einteiliges Bauteil gebildet sein. Im Beispiel ist der auf dem Tubus 5 aufgesetzte Sekundärtubus 11 mit einer tangential in den Arbeitsraum 12 einmündenden Schutzgasleitung 13 versehen0 Der besondere Vorteil dieser Anwendung besteht darin9 daß das Schutzgas $(Argon, CO2 od. dgl.) spiralförmig die Innenwendung 111 des Sekundärtubus umströwt und im Bereich des Werkstückes aus dem relativ schmalen Schlitz 12' peripher gleichmäßig austritt0 Durch die Schutzgas-Atmosphäre wird eine weitere Erhitzung durch Oxydation der glühenden, vom \Terkstück absprühenden Metallteilchen 14 verhindert; es werden aber auch die Schwaden 15 aus dem Arbeitsraum entfern, so daß die Brennstelle 7 durch die Wandung des Sekundärtubus sichtbar bleibt0

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Bearbeitungslaser, insbesondere zum Bearbeiten von Metallteilen, dessen Laserlicht auf den Bearbeitungsort des Werkstückes fokussierbar ist und der einen im Strahlengang zwischen Werkstück und Optik des Lasers angeordusten9 die Optik schützenden, lichtdurchlässigen Sctutzschirm aufweist, dadurch g e k s n n z e i c h n e t 9 daß der Schutzschirm (5) aus Acrylglas besteht.
2. Bearbeitungslaser nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n --z e i c h n e t, daß der Schutzschirm (5) in Form einer ebenen Platte gebildet und aus polymeren Metacrylsäuremethylester besteht.
3. Bearbeitungslaser nach Anspruch 1 und 2 , dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Schutzschirm (5) in einem aus das Objektiv (2) des Lasers aufsetzbaren Tubus (3) einschiebbar gelagert ist.
4. Bearbeitungslaser nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gek e n n z e i c h n e t , daß auf den den Schutzschirm (5) tragenden Tubus (3) ein weiteres die Augen der Bedienungsperson schützender Sekundärtubus (11) aufsetzbar ist.
5. Bearbeitungslaser nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurCh g e k e n n z e i c h n e t , daß der Tubus (3) und der Sekundärtubus (11) aus Acrylglas gebildet sind.
6, Bearbeitungslaser nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t s daß der Tubus (3) und der Sekundärtubus (11) einteilig gebildet sind.
7. Bearbeitungslaser nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t s daß die in den Sekundärtubus (11) einmündende Beizung (13) tangential einmündet.

L e e rs e i t e