DE2450925A1

DE2450925A1 - Lasergeraet

Info

Publication number: DE2450925A1
Application number: DE19742450925
Authority: DE
Inventors: David John Dyson; Robert Fairnington
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1973-10-26
Filing date: 1974-10-25
Publication date: 1975-04-30
Also published as: FR2249312A1; GB1439770A; JPS5080096A; DE2450925C2; JPS582754B2; FR2249312B1

Description

DIPL.-INQ. LEO Fi.tUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH

München 71, Melchiorstr. 42

Unser Zeichen: A 13 031

FERRANTI LIMITED Hollinwood, Lancashire England

Lasergerät

Die Erfindung betrifft Lasergeräte, insbesondere solche mit Düsen,,wie z.B. bei Gaslaser-Schneidbrennern, bei denen der Laserstrahl koaxial mit einem Gasstrom austritt.

Gaslaser-Schneidbrenner mit hoher Leistung und mit hoher Geschwindigkeit beim Schneidvorgang sind bekannt, bei denen der Laserstrahl aus einer Düse koaxial mit einem Gasstrom austritt und auf das Werkstück auftrifft. Die Düsenöffnung ist gering, beispielsweise zwischen 50 bis 100 χ 10"^cm im Durchmesser, und von Bedeutung ist vor allem, daß der Laserstrahl durch die Düsenmitte austritt. Falls eine solche Anordnung nicht gegeben ist, vermindert sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit, und an der Düse tritt eine übermäßige Erhitzung auf sowie zusätzlich aufgrund der nicht koaxialen Anordnung von Strahl und Gasdüse der Wirkungsgrad eines

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solchen Geräts sinkt.

Zum Einstellen des koaxialen Verlaufs von Strahl und Gasdüse kann bekanntlich ein Leistungsmeßgerät zum Aufnehmen oder Abfangen des Laserstrahls vorgesehen sein, so daß die Richtung des Laserstrahls relativ zu der Düse solange verändert wird, bis die von dem Leistungsmeßgerät gemessene Leistung einen Maximalwert erreicht. Ein Nachteil bei dieser Vorgehensweise liegt darin, daß zwingendermaßen der auszuführende Bearbeitungsvorgang unterbrochen werden muß, wenn eine Überprüfung der Ausrichtung erforderlich ist. Darüberhinaus können Veränderungen in der Fluchtung während des Einsatzes des Lasergeräts nicht sofort festgestellt werden, in manchen Fällen sogar nicht bevor die Düse zerstört worden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lasergerät so auszubilden, daß die Ausrichtung eines Laserstrahls relativ zu der Gasstrahl-Schneidbrennerdüse kontinuierlich während des Betriebs des Lasers überprüft werden kann.

Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Lasergerät mit einer Einrichtung zum Kontrollieren der Fluchtung eines Laserstrahls relativ zu einer Gasstrahldüse, durch die der Laserstrahl führt, dadurch aus, daß an der Düse ein mit Fluid gefülltes Kühlsystem und eine Meßeinrichtung für die von der Düse absorbierte Wärmemenge des Lasers vorgesehen sind.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine Ausführungsform eines Lasergeräts gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung.

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In dieser einzigen Zeichnung ist eine Düse 10 mit einem Kühlsystem dargestellt, das in dem dargestellten Augführungsbeispiel einen außen liegenden Wassermantel 11 vorsieht. Das Wasser fließt in den Mantel durch ein Stellventil 12 und ein Durchflußmengenmeßgerät 13. Die Temperatur des in den Kühlmantel 11 eingetretenen Wassers wird beispielsweise mit einem Thermoelement 14 erfaßt. Ein ähnliches Thermoelement 15 ist zur Messung der Temperatur des aus dem Kühlmantel 11 austretenden Wassers vorgesehen. Die durchbrochene Linie stellt die Achse des exakt fluchtenden Laserstrahls dar, während die Richtung des Gasstromes mit Pfeilen dargestellt ist.

Das Durchflußmengenmeßgerät 13 ist nur dazu vorgesehen, daß eine Bedienungsperson die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers überprüfen kann, da diese konstant gehalten werden sollte. Die ausschlaggebende Meßgröße ist die Differenz zwischen der Temperatur des Wassers, das den Kühlmantel verläßt, und der Temperatur des Wassers, das in den Kühlmantel eintritt. Diese Temperaturdifferenz ist proportional zu der von der Düse absorbierten Wärmemenge des Lasers. Beim exakten Fluchten des Laserstrahls und Düse ist diese Temperaturdifferenz sehr klein oder weist einen minimalen Wert auf.

Eine geringe Erwärmung der Düse tritt auf, da zwischen der Düse und dem Werkstück ein geringer Abstand ist, aber dies kann bei den Größenordnungen vernachlässigt werden.

Um eine größere Genauigkeit zu erzielen, kann eine Düse mit einer geringeren Öffnungsweite als jene, die während des Schneidvorgangs verwendet wird, während des Ausrichtvorgangs eingesetzt werden, und kann dann durch eine fluidgekühlte Schneiddüse ersetzt werden, die bei eventuellen Änderungen in der Fluchtung einen Störungszustand anzeigt.

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Die Ausbildungsform des Kühlungssystems kann entsprechend den verschiedenen Erfordernissen angepaßt sein. Beispielsweise kann der äußere Mantel, wie in der einzigen Figur gezeigt ist, durch eine Rohrschlange ersetzt sein, die außen an der Düse befestigt ist, oder die Düse kann auch hohl mit den innen angeordneten Wasserdurchlässen ausgebildet sein. Als Kühlmedium braucht nicht unbedingt Wasser, ja selbst auch keine Flüssigkeit verwendet werden, jedoch ist Wasser als Kühlmittel am weitesten verbreitet. Die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung kann dadurch gesteigert werden, daß an der Innenfläche der Düse eine wärmeabsorbierende Schicht vorgesehen ist.

Ferner kann die Düsenform auch anders als in der in der Figur dargestellten Ausführungsform ausgebildet sein.

Weiterhin ist nichts über die Vorgehensweise oder das Verfahren zum Kontrollieren des Fluchtens von dem Laserstrahl mit der Düsenöffnung erwähnt, nach der bei dem oben beschriebenen Gerät vorgegangen werden soll. Jedoch ist dies nicht Gegenstand der Erfindung und kann auf die verschiedenste Art und Weise durchgeführt werden. Die einfachste besteht darin, daß die Düse senkrecht zu dem Laserstrahl bewegt wird, wobei jedoch in manchen Fällen zusätzlich noch weitere komplexere Bewegungsvorgänge erforderlich sein können.

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Claims

Patentansprüche

Lasergerät mit einer Einrichtung zum Überprüfen der Ausrichtung eines Laserstrahls relativ zu einer Düse, durch die der Laserstrahl führt, gekennzeichnet durch ein mit Kühlmedium gefülltes Kühlsystem, das an der Düse angebracht ist, und durch eine Meßeinrichtung für die von der Düse absorbierte Wärmemenge des Laserstrahls.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem von dem Kühlmedium so durchströmt ist, daß die Meßeinrichtung die Temperaturänderung des Kühlmediums erfaßt.
j5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem einen Mantel, der die Düse umgibt und der von dem Kühlmedium durchströmt ist, umfaßt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium Wasser ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Düse mit einer wärmeabsorbierenden Schicht überzogen ist.

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-ί.

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