DE2528467A1 - Gaslaser, insbesondere fuer die bearbeitung von werkstoffen - Google Patents

Description

• Kannwort: Laserjustierung Gaslaser, insbesondere für die Bearbeitung von Werkstoffen Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gaslaser insbesondere für die Bearbeitunc von Werkstoffen, mit einem resonator in welcnern in einer gemeinsamer. optischen Achse et vollreflektierender Hohlspiegel und ein teildurchlässiger Auskoppelspiegel vorgesehen sind.
• 2eI derartigen Gaslaser, (siehe beispielsweise DT-OS 1 947 286) ist es im Hinblick auf eine optimale Laserausgangsleistung erforderlieh, daß der Resonator sowie die Laserspiegel exakt in einer gemeinsamer. optischen Achse ausgerichtet sind. Bereits geringfügige Abweichungen der Piesonatorachse sowie der Spiegel aus der optischon Achse führen zu einer wesentlichen Heduzierung der Laserausgangsleistung und damit zu einem kostenungünstigen Wirkungsgrad des Gaslasers. Insbesondere bei Gaslasern mit gefaltetem Entladungsrohr, bei denen im Faltbereich zwei Umlenkspiegel vorgesehen sind, wird aufgrund der Umlenkung der optischen Achse die Einstellung der nunmehr vorhandenen vier Spiegel besonders schwierig.
• Diese Einstellungen (winjustierungen) werden bei mehrfach gefalteten Entladungsrohren noch komplizierter.
• Bisher wurden diese Einstellungen mit Hilfe eines leistungsschwachen Helium-Neon-Lasers (beispielsweise 0,8 Milliwatt -in der Weise vorgenommen, daß zunächst der Justierlaserstrahl in Flucht mit der Symmetrieachse (optische Achse) des Entladungsrohres gebracht sfurde, wobei als Bezugspunkte zwei am Anfang und Ende des Entladungsrohres vorgesehene Lochblenden mit einer Mittelöffnung von ca. 1,8 mm d (Justierlaserstrahldurchmesser)dienten. Nach diesem in Fleht bringen werden die Umlenkspiegel sowie der Hohlspiegel ebenfalls mit Hilfe der bochbienden ausgerichtet und eingestellt. Die Praxis hat gezeigt, daß bei Gaslasern der ein gangs genannten Art, elc nach der oben beschriebenen Methode ausgerichtet worden sind, unterschiedliche Ausgangsleistungen fstgeamXtwrrlen. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat erkannt, .12 die trotz exakter Einstellung von Spiegel und Entladungsrohr in einer gemeinsamen optischen Achse entstehenden Leistungsunterschiede auf bei der Spiegeleinstellung auftretende Verspannungen der Spiegel oberfläche zurückzuführen sind. Diese Verspannungen, welche zu einer Wölbung der Spiegel, also zu einer Veränderung der Spiegeloberfläche führen können, bewirken, daß durch die Spiegelbereiche die außerhalb der optischen Achse liegen, der entsprechende Laserstrahlteil nicht genau parallel zur optischen Achse reflektiert wird, wodurch die Leistungsminderungen entstehen.
• Nach der bisherigen Einstellung konnten diese Veränderungen der Spiegeloberfläche nicht erfaßt und ausgeglichen werden.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere einen Gaslaserzu schaffen, bei dem die Spiegel sowie das Entladungsrohr exakt in einer gemeinsamen optischen Achse einstellbar sind, und wobei gleichzeitig eine Verspannung und Wölbung der Spiegel erfaßbar und ausgleicnbar ist.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß den Spiegeln mindestens ein in der optischen Achse vorsehbares Fadenkreuz zugeordnet ist. Durch das Fadenkreuz wird In einfachster Art und Weise eine exakte Einstellung der Spiegel möglich, da durch einfachen Vergleich des Fadenkreuzes mit seinem visuell erfaßbaren, von den Spiegeln reflektierten Spiegelbild die jeweilige Lage der Spiegel festgestellt und entsprechend korrigiert werden kann. Dabei äußert sich eine Lageabweichung des Spiegels aus der optischen Achse durch einen Versatz des Fadenkreuzes gegenüber dem dazugehörigen Spiegelbild während eine Spiegelverspannung bzw. Spiegelwölbung an unseharfen Konturen des Spiegelbildes zu erkennen ist.
• Im Rahmen der vorliegenden ErfIndung ist es selbstverständlich auch möglich das Fadenkreuz, welches wohl die einfachste und zweckmäßigste Justiermarkierung sein dürfte, durch andere .arkierungen zu ersetzen, beispielsweise arc Kreise, Dreiecke oder andere geometrische Figuren.
• Bei Gaslaser mit einem Resonator, der ein gefaltetes Entladungsrohr sowie einen ersten und einen zweiten Umlenkspiegel aufweist, wird zum Ausrichten des Entladungsrohrstückes zwischen Auskoppelspiegel und ersten Umlenkspiegel das Fadenkreuz vor dem Umlenkspiegel angeordnet, während bevorzugt zum Ausrichten der Umlenkspiegel ein Fadenkreuz anstelle des HohlspIegel vorgesehen ist.
• In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, Caß anstelle des Auskoppelspiegels ein an sich bekanntes Meßfernrohr in die optische Achse des Gaslasers eingebaut ist und daß Serner das Fadenkreuz zwischen dem Meßfernrohr und dem Hohlspiegel bzw. dem ersten Umlenkspiegel befestigt ist. Durch die Anordnung wird eine besonders einfache und leicht durchzuführende Einstellung der Umlenkspiegel, des Hohlspiegels sowie der Eiitladungsrohre in die optische Achse möglich. Bevorzugt ist dabei das Meßfernrohr als an sich bekanntes Nivellierinstrument ausgebildet, wie es beispielsweise im BERGER, Lexikon der Technik, Auflage 4, Band 11, Seite 118 bis 119 béschrieben ist.
• Durch die Erfindung wird eine bessere und genauere Einstellung eines Gaslasers, insbesondere eines C02 - Gaslasers möglich, sodaß aufgrund des exakten Ausrichtens der optischen Bauteile in eine gemeinsame optische Achse,Gaslaser bei gleichem konstruktiven Aufbau auch auf gleiche Ausgangsleistungen einstellbar sind. Hinzu kommt,*) aufgrund der nunmehr vermeidbaren und sich auf die Laserausgangsleistung nicht meilr ungünstig auswirkenden Spiegelverspannung der Wirkungsgrad des Gaslaserc s gegenüber Lasern mit Spiegelverspannungen höher und damit kostengünstiger ist.
• rn der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand einer Zeichnung sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale näher erläutert: *)daß In der Zeichnung ist ein Gaslaser in seiner Gesamtheit mlt 10 bezeichnet. Der Laser 10, welcher in diesem Fall ein C02 - Gaslaser ist, weist einen Resonator 11, einen Versorgungsschrank i2, ein Steuergerät 13 sowie einen Schweiß - und Schneidkopf 14 auf Der optische Resonator 11 ist in einem nicht näher dargestellten staubdicht schließenden Alu-Gehäuse auf einem stabilen Profilträger montiert. Der Resonator 11 besteht aus dem einmal gefalteten Entladungsrohr 15 mit den beiden Rohrbereichen 15a und 15b sowie den Elektroden 16, dem ersten und dem zweiten Umlenkspiegel 17 bzw. 18, einem vollreflektierenden Hohlspiegel 19 und einem teildurchlässigen Auskoppelspiegel 20.
• Uber den teildurchlässigen Spiegel 20 wird die Laserleistung in Form eines fast parallelen Strahlenbündels 21 von ca. 15 mm Durchmesser ausgekoppelt.
• Der von außen am Profilträger angebrachte Schweiß- und Schneidkopf 14, welcher nur aus ¢kersichtssrinden getrennt von dem Resonator 11 dargestellt worden ist, richtet den Laserstrahl 21 über einen Umlenkspiegel 22 auf eine Bearbeitungsoptik 2), die in geeigneuem Arbeitsabstand auf einemstück 24 einen sehr kleinen Fokuspunkt erzeugt. Die dabei entstehende Leistungsdichte kann -abhängig von der gewählten Brennweite der Optik 23 - bis 10 Megawatt/cm2 betragen und ist deshalb besonders zum Schneiden von Werkstoffen geeignet.
• Wie aus der Zeichnung hervorgeht sind im Versorgungsschrank 12 ein stromgeregelt er Hochspannungsgenerator 25,welcher mit den Elektroden 16 in elektrischer Verbindung steht, eine Vakuumpumpe und Gasflußkontrolle 26, welche über Gasezu (27) - bzw. Gasabfuhrkanàle 28 verbunden ist, sowie ein Kreislauf-Kühlsystem 29 dem die Kühlmittelzufuhr (30) bzw. - abfuhrktnälen 31 zugeordnet sind, vorgesehen.
• Ferner ist im Schrank 12 die Lasergasflasche 32 mit einem He-N2-C02-Gasgemisch angeordnet. Das Steuergerät 13 dient zum Einstellen der Laserleistung etc. Der oben beschriebene Laser 10 ist an sich bekannt und wird beispielsweise von der Anmelderin unter der Bezeiciinung Hochleistungs C02-Gaslaser GL 550 A" vertrieben.
• Erfind.ungsgemäß ist den Spiegeln 17 bis 20 mindestens ein in der optischen Achse 33 vorsenbares Fadenicreuz 34 zugeordnet. Das Fadenkreuz 3 (siehe auch Schnitt B-B) ist bevorzugt auf bzw. in einer lichtdurchlässigen Scheibe 35, welche beispielsweise aus Kunststoff gefertigt ist, vorgesehen. Die Scheibe 35 ist dabei mit einem Zentrierbund 35 versehen, welcher zur exakten Mittenzentrierung der Scheibe 35 in den Aufnahmebohrungen 37, 38, 59 dient.
• Bevorzugt wird zum Ausrichten der Spiegel anstelle des Auskoppelspiegels 20 ein an sich bekanntes Meßfernrohr 40, welches bevorzugt als Nivellierinstrument ausgebildet ist, in die optische Achse 33 des Lasers 10 eingebaut und das Fadenkreuz 34 zwischen dem Meßfernrohr 40 und dem Hohlspiegel 19 bzw. den Umlenkspiegeln 17, 18 befestigt.
• Meßfernrohr 40 und Fadenkreuz 34 sind (siehe Einzelheit A) dabei bevorzugt in einer Aufnahmebuchse 41 angeordnet, die in einer entsprechenden, sonst den Auskoppelspiegel auSnehmenden Halterung 42 einsteckbar ist. In der Buchse 41 ist dem Innenraum 43 zwischen dem Meßfernrohr 40 und dem Fadenkreuz 41 eine Beleuchtungseinrichtung 44 zugeordnet, deren LIchtstrahlen 45 durch eine Bohrung 46 in den Raum 43 fallen. Die Beleuchtungseinrichtung 44 dient zur besseren Sicht beim Einstellen der Spiegel.
• Das exakte Ausrichten der Spiegel 17 bis 20 wird bevorzugt gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung wie folgt erreicht: Nachdem das Meßfernrohr 40 an der Halterung 42 befestigt ist, wird das Fadenkreuz 34 in die Aufnahmebohrung 37 gesetzt und mittels des Meßfernrohres 40 der Rohrbereich 15a exakt in die optische Achse 33 ausgerichtet. Dies ist dann erreicht, wenn sich das Fadenkreuz 34 mit dem im Meßfernrohr 40 vorgesehenen zweiten Fadenkreuz deckt.
• Danach werden die Umlenkspiegel 17 und 18 in ihre entsprechenden Halterungen eingesetzt und ferner ein Fadenkreuz 34 in der Bohrung 38 befestigt . Dabei kann das in der Bohrung 37 vorgesehene Kreuz 54 entfernt werden. Die Umlenkspiegel 17 und 18 sowie der Rohrbereich 15b werden nunmehr in die optische Achse einjustiert.
• DIes ist erreicht, wenn sich das Spiegelbild des Fadenkreuzes 34 rit de: Fadenkreuz it2 Meßfernrohr 40 deckt. Anschließend erden mit dem Meßfernrohr 40 die einzelnen Spiegel 17 und 18 durchfahren, d. h. die Schärfe des tlePfernrohres wird mittels der Fernrohreinstellung 47 auf den entsprechenden Spiegel 17 bzw. 18 eingestellt Das in jeweiligen Spiegel abgebildete Fadenkreuz, welches ein Spiegelbild vor Fadenkreuz 34 ist, nuß bei einwandfreier Einstellung völlig scharf abgebildet sein. Schärfeunterschiede im Fadenkreuz zeigen eine Verspannung (Wölbung) der Spiegel an. Diese lönnen dann einfach durch Anziehen oder Lockern des Spiegels in seiner Halterung beseitigt werden.
• Danach wird das Fadenkreuz 34 aus der Bohrung 38 entfernt und der Hohlspiegel 19 eingesetzt und mit Hilfe des in die Bohrung 39 in der Buchse 41 eingesetzten beleuchteten Fadenkreuzes 34 der Spiegel 19 justiert und entsprechend den Spiegeln 17 bzw. 18 auf Verspannung überprüft sowie gegebenenfalls nachgestellt.
• Nachdem die Spiegel 17, 18 und 19 sowie die Rohrbereiche 15a und 15b exakt ausgerichtet sind, wird der Auskoppelspiegel 20 eingesetzt und ausgerichtet. Dieses Ausrichten erfolgt während eines Irobelaufes des Lasers durch Nessung der Laserstrahlleistuntg und entsprechende Verstellung des Spiegels 20.
• Die Verstellungen der Spiegel 17 bis 20 erfolgen in einfacher Weise durch Schrauben oder dergleichen. Nachdem der Laser 10 exakt eingestellt ist, kann der Schneidkopf 14, dessen Spiegel 30, 31 vorzugsweise auch mit einem Fadenkreuz, welches an Dusenaustritt 48 befestigt ist, und einem in der Bohrung 49 angebrachten Meßfernrohr 40 ausgerichtet werden, am Profilträger befestigt werden. Die gesamte Einrichtung ist damit betriebsbereit.
• Die Einstellung der Spiegel 17, 18 und 19 erfolgt beispielsweise bei Atmosphärendruck. Da der Resonater jedoch während des Betriebes von einem Gasgemisch it ca. 28 - 35 Torr durchströmt wird, also ein Unterdruck auf die Spiegel wirkt, wird nach einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag das Meßfernrohr 40 vakuumdicht an der Halterung 42 befestigt. durch wird es vorteilhaft möglich, die Spiegel 17, 18 und 19 während des Gasdurchsatzes und/oder einem Unterdruck zu justieren bzw. nachzustellen. Die va'-uudichte Befestigung erfolgt, in an sich bekannter Weise, beispielsweise über O-Ringe oder dergleichen.

Claims (7)

Ansprüche

1.Gaslaser, insbesondere fr die Bearbeitung von Werkstoffen, mit einem Resonator, in welchem in einer gemeinsamen Achse ein vollreflektierender Spiegel und ein teildurchlässiger Auskoppelspiegel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Spiegeln (17,18,19,20,22,25) mindestens ein in der optischen Achse (33) vorsehbares Fadenkreuz (34) zugeordnet ist.

2. Gaslaser nach Anspruch 1 mit einem Resonator, der ein gefaltetes Entladungsrohr, sowie einen ersten und einen zweiten Umlenkspiegel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenkreuz (34) vor den Umlenkspiegeln (17,18) oder anstelle des Hohlspiegels (19) in der optischen Achse (53) angeordnet ist.

3. Gaslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Auskoppeispiegels (20) ein an sich bekanntes Meßfernrohr (40) in die optische Achse (33) des Gaslaser (10) eingebaut ist und daß ferner das Fadenkreuz zwischen dem Meßfernrohr (40) und dem Hohlspiegel (20) bzw. dem ersten Umlenkspiegel (17) befestigt ist.

4. Gaslaser nach Anspruch ), dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfernrohr (40) als Nivellierinstrument ausgebildet ist.

5. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenkreuz (54) auf bzw. in einer lichtdurchlässigen Scheibe (55) vorgesehen ist.

6. Gaslaser nach einem der AnsprÜche 5 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Raum (43) zwischen dem Meßfernrahr (40) und dem Fadenkreuz (34) eine Beleuchtungseinrichtung (44) zugeordnet ist

7. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Meßfernrohr (40) vakuumdicht an der Halterung (42) befestigt ist.

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