DE2943173A1 - LASER WORKING MACHINE - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Laser-Arbeitsgerät; damit soll ein Gerät bezeichnet werden, in dem Laserstrahlen zur Durchführung von Arbeits- oder Fertigungsabläufen eingesetzt werden können, wie beispielsweise zur Durchführung von chirurgischen Operationen, insbesondere am menschlichen Körper, zum Schneiden, Bohren und Schweißen von Metall, von Textilien oder von Kunstharzen, wobei in jedem Fall Hochleistungs-Laserstrahlen eingesetzt werden.The invention relates to a laser tool; this is intended to denote a device in which laser beams can be used to carry out work or production processes, such as, for example, to carry out surgical operations, in particular on the human body, for cutting, drilling and welding metal, textiles or synthetic resins, whereby In any case, high-power laser beams are used.
Es sind verschiedene Ausführungsformen solcher Laser-Arbeitsgeräte, die Hochleistungs-Laserstrahlen verwenden entwickelt und auch in der Praxis eingesetzt worden. Bei einem solchen Laser-Arbeitsgerät muß der Laserstrahl an einem genau definierten Punkt, wie beispielsweise auf einem zu bearbeitenden Material, angewandt werden, was im allgemeinen erfordert, daß der Laserstrahl durch einen flexiblen Lichtleiter zu dem Bestrahlungspunkt übertragen wird. Dieser Lichtleiter muß die folgenden Bedingungen erfüllen: Various embodiments of such laser tools using high power laser beams have been developed and put into practice . In such a laser tool, the laser beam must be applied to a well-defined point, such as on a material to be processed, which generally requires that the laser beam be transmitted to the irradiation point through a flexible light guide. This light guide must meet the following conditions:
(1) Geringe Ubertragungsverluste des Laserstrahls, nach einer bevorzugten Ausführungsform weniger als 1 dB/m, (1) Low transmission losses of the laser beam, according to a preferred embodiment less than 1 dB / m,
(2) die Ubertragungsverluste des Laserstrahls sollten durch Temperatur und Feuchtigkeit kaum beeinflußt werden, (2) the transmission losses of the laser beam should hardly be influenced by temperature and humidity,
(3) das Arbeitsgerät sollte leicht zu handhaben sein, also "gute ManÖverierfähigkeit" haben, (3) the working device should be easy to handle , so it should have "good maneuverability",
(4) das Arbeitsgerät sollte sehr zuverlässig und sicher funktionieren und eine lange Lebensdauer haben, (4) the working device should work very reliably and safely and have a long service life,
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(5) das Arbeitsgerät sollte alle Sicherheitsbestimmungen erfüllen.(5) the work equipment should meet all safety requirements.
Bisher ist ein Lichtleiter verwendet worden, der Spiegel und mehrere Gelenke aufweist; wie man in Figur 1 erkennen kann , sind dabei Spiegel 2 an vorgegebenen, gebogenen Bereichen eines Rohrs 1 so angeordnet, daß sie den von einer Laserquelle 3 ausgestrahlten Laserstrahl übertragen können. Die Handhabung und Bedienung eines solchen Laser-Arbeitsgerätes mit mehreren Gelenken und mit mehreren Spiegeln ist jedoch für die Bedienungsperson sehr mühsam und schwierig, da die Bewegung des Bestrahlungsabschnittes des Laserstrahls zu einem bestimmten Punkt oder in eine gewünschte Richtung mittels eines aufwendigen, empfindlichen Gelenkmechanismus durchgeführt werden muß, bei dem eine Rotation oder mehrere drehbare Flansche eingesetzt werden.Heretofore, a light guide has been used that has mirrors and multiple hinges; as can be seen in Figure 1 can, mirrors 2 are arranged on predetermined, curved areas of a tube 1 so that they are the of a laser source 3 can transmit emitted laser beam. The handling and operation of such a However, multi-joint, multi-mirror laser work equipment is very difficult for the operator troublesome and difficult because moving the irradiation portion of the laser beam to a certain point or in a desired direction by means of a complex, sensitive hinge mechanism must, in which one rotation or several rotatable flanges are used.
Damit der Bestrahlungsabschnitt des Laserstrahls leicht dreidimensional verschoben werden kann, müssen weiterhin wenigstens fünf "Gelenkmechanismen" vorgesehen werden, das heißt, gebogene Bereiche und Spiegel. Dies bedeutet wiederum, daß bei der Reflektion der Laserstrahlen an den Spiegeln relativ hohe Ubertragungsverluste auftreten; dies ist einer der wesentlichen Nachteile eines solchen herkömmlichen Laser-Arbeitsgerätes.So that the irradiation section of the laser beam can be easily shifted three-dimensionally, must continue at least five "hinge mechanisms" can be provided, that is, curved sections and mirrors. this means again that when the laser beams are reflected on the mirrors, relatively high transmission losses occur; this is one of the major disadvantages of such a conventional laser working device.
Bei dem Spiegelsystem des herkömmlichen Gerätes sind die Toleranzanforderungen an die Winkeländerungen der Spiegel aus ihren Soll-Lagen sehr streng und liegen im allgemeinen in der Größenordnung von Minuten bis Sekunden. Wenn also eine Biegebeanspruchung , die auf leichte Schwingungen oder Stöße zurückzuführen ist, auf einen Bereich des Rohrs 1 oder einen beliebigen stationären Flansch 6 oder drehbaren Flansch 7 des Gelenkmechanismus ausgeübt wird, soIn the mirror system of the conventional device, they are Tolerance requirements for the angle changes of the mirrors from their target positions are very strict and are generally on the order of minutes to seconds. So if there is a bending stress that is due to slight vibrations or shocks is due to a portion of the tube 1 or any stationary flange 6 or rotatable Flange 7 of the hinge mechanism is exercised so
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besteht die Gefahr, daß die optische Achse des Spiegels 2 aus dem zulässigen Toleranzbereich herausgeschwenkt wird. In diesem Fall kann der gesamte Laserstrahl von der Laserquelle 3 nicht durch Reflexion an den Spiegeln 2 übertragen werden, wie es durch den Pfeil angedeutet ist. Damit nehmen jedoch die Übertragungsverluste stark zu, wodurch die Energiedichte des ausgegebenen Laserstrahls von einem Strahlfokussierungsabschnitt.4,der mit dem Ende des Lichtleiters verbunden ist, stark abnimmt. Als Ergebnis hiervon wird es beispielsweise schwierig, ein bestimmtes Material zu schneiden. Und schließlich stellt ein solches Arbeitsgerät auch ein gewisses Sicherheit sr isiko dar, wenn die Laserstrahlen bei der oben erwähnten Ablenkung direkt auf das Rohr 1 auftreffen und es dadurch erhöhen, so daß es zu Verbrennungen der Bedienungsperson kommen kann.there is a risk that the optical axis of the mirror 2 is pivoted out of the permissible tolerance range will. In this case, the entire laser beam from the laser source 3 cannot be reflected on the mirrors 2, as indicated by the arrow. However, this increases the transmission losses significantly to, whereby the energy density of the output laser beam from a beam focusing section.4, which is associated with is connected to the end of the light guide, decreases sharply. As a result, for example, it becomes difficult to cut a specific material. And finally, such a work device also provides a certain level of security There is a risk if the laser beams impinge directly on the tube 1 with the deflection mentioned above and thereby increase it, which can result in burns to the operator.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, hat ein herkömmliches Laser-Arbeitsgerät mit einem Spiegelsystem mit mehreren Gelenken folgende Nachteile: Es ist schwierig, einen bestimmten Punkt auf einem Material mit dem Laserstrahl zu beaufschlagen; es ist insbesondere sehr schwierig, den Lichtleiter mit hoher Geschwindigkeit mittels einer großen Anzahl von Gelenkmechanismen in einer gewünschten Richtung zu bewegen, so daß die Manöverierfähigkeit des Gerätes relativ gering ist. Weiterhin sind die Übertragungsverluste relativ hoch, da der Laserstrahl mehrmals durch die Spiegel reflektiert werden muß. Die optische Achse des Gerätes kann leicht verformt bzw. verbogen werden, so daß es zu Sicherheitsproblemen kommt. Und schließlich müssen Feinjustierungen jedesmal dann vorgenommen werden, wenn die Einbaulage des Gerätes verschoben wird, um die optische Achse des Gerätes exakt auszurichten; für diese FeinjustierungenAs is apparent from the above description, a conventional one has Laser working device with a mirror system with multiple joints has the following disadvantages: It is difficult to to apply the laser beam to a specific point on a material; it is very much in particular difficult to move the light guide at high speed by means of a large number of hinge mechanisms in to move in a desired direction, so that the maneuverability of the device is relatively poor. Furthermore, the transmission losses are relatively high, since the laser beam reflects several times through the mirror must become. The optical axis of the device can be easily deformed or bent, so that there are safety problems. And finally, need fine adjustments be made every time the installation position of the device is shifted around the optical axis of the device to align exactly; for these fine adjustments
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sind jedoch im allgemeinen Arbeiten erforderlich, die einen halben Tag lang dauern.however, work is generally required that take half a day.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung/ ein Laser-Arbeitsgerät mit einem Lichtleiter zu schaffen, der ein mehrere Gelenke aufweisendes Spiegelsystem verwendet, bei dem die Laserstrahl-Übertragung und die Sicherheit bei der Laserstrahlübertragung auf einem ausreichenden Wert gehalten werden; außerdem sollte die Manöverierfähigkeit des Lichtleiters verbessert werden; und schließlich sollten die mühsamen und zeitaufwendigen Justierungen des Strahlenganges nicht mehr erforderlich sein.It is therefore an object of the present invention Create a laser tool with a light guide using a multi-articulated mirror system, in which the laser beam transmission and the safety of the laser beam transmission are at a sufficient level Worth being held; in addition, the maneuverability of the light guide should be improved; and finally the laborious and time-consuming adjustments of the beam path should no longer be necessary.
Dieses sowie andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch ein Laser-Arbeitsgerät mit einer Lichtquelle und mit einem Lichtleiter erreicht, der Laserstrahlen zu einem Bestrahlungspunkt übertragen kann, wobei das Arbeitsgerät eine Einrichtung zur Bildung eines Lichtleiters mit einem ersten Bereich mit einer inneren reflektierenden Oberfläche, die aus einem Material aufgebaut ist, welches Laserstrahlen der von der Lichtquelle emittierten Wellenlänge effektiv reflektieren kann, und mit einem zweiten Bereich mit einem verlängerbaren, hohlen Einführungs-Wellenleiter, der ausgefahren und zurückgezogen werden kann, weiterhin eine Spiegelbiegung und Verbindungsflansche aufweist, die mit beiden Seiten bzw. Enden der Spiegelbiegung gekoppelt werden sollen. Ein Fokussierungsabschnitt, wie beispielsweise eine Linse, ist an dem Ende des stationären Bereiches angeordnet, der von der Spiegelbiegung entfernt ist. Der zweite Bereich der Einrichtung zur Bildung des Lichtleiters enthält erste und zweite, teleskopisch ineinanderschiebbare Wellenleiterabschnitte. Bei den Verbindungsflanschen kann es sich entweder um drehbare oder um stationäre Flansche handeln.This and other objects of the present invention are achieved by a laser tool having a light source and achieved with a light guide capable of transmitting laser beams to an irradiation point, the Implement a device for forming a light guide with a first region with an inner reflective Surface that is made up of a material that emits laser beams from the light source emitted wavelength can effectively reflect, and with a second region with an extendable, hollow Entry waveguide that can be extended and retracted, further a mirror bend and connecting flanges which are to be coupled to both sides or ends of the mirror bend. A Focusing section, such as a lens, is arranged at the end of the stationary area, that is away from the mirror bend. The second area contains the device for forming the light guide first and second telescopically telescoping waveguide sections. In the case of the connecting flanges they are either rotating or stationary flanges.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung kann auch bei einem Laser-Arbeitsgerät mit einer Lichtquelle und mit einem Lichtleiter eingesetzt werden, der Laserstrahlen zu einem Bestrahlungspunkt übertragen kann und einen verlängerbaren, hohlen Einführungs-Wellenleiter, der ausgefahren und zurückgezogen werden kann, wobei das Licht von der Lichtquelle auf ein erstes Ende des Wellenleiters fällt, weiterhin eine Spiegelbiegung, Verbindungsflansche, die mit beiden Seiten bzw. Enden der Spiegelbiegung gekoppelt sind, wobei einer der Flansche das zweite Ende des Wellenleiters mit einem ersten Ende der Spiegelbiegung koppelt, einen flexiblen hohlen Wellenleiter, der an seinem ersten Ende mit dem zweiten Ende der Spiegelbiegung durch den zweiten Flansch gekoppelt ist, wobei die Innenwand des flexiblen , hohlen Wellenleiters als reflektierende Oberfläche ausgebildet ist, die Laserstrahlen der von der Lichtquelle emittierten Wellenlänge reflektieren können, und einen Strahlfokussierungsabschnitt erreicht, der mit dem zweiten Ende des flexiblen, hohlen Wellenleiters verbunden ist. Der hohle Einführungs-Wellenleiter enthält nach einer bevorzugten Ausführungsform erste und zweite, teleskopisch ineinanderschiebbare Wellenleiterabschnitte. Wie bei der oben angegebenen Ausführungsform kann es sich bei den Verbindungsflanschen entweder um drehbare oder um sta tionäre Flansche handeln.The basic idea of the present invention can also be applied to a laser tool with a light source and with a light guide that can transmit laser beams to an irradiation point and an extendable, hollow introductory waveguide that can be extended and retracted, the light from the Light source falls on a first end of the waveguide, further a mirror bend, connecting flanges coupled to both sides or ends of the mirror bend, one of the flanges coupling the second end of the waveguide to a first end of the mirror bend, a flexible hollow waveguide that is coupled at its first end to the second end of the mirror bend through the second flange, wherein the inner wall of the flexible, hollow waveguide is formed as a reflective surface that can reflect laser beams of the wavelength emitted by the light source, and a beam focusing section which is connected to the second end of the flexible, hollow waveguide. In a preferred embodiment, the hollow introductory waveguide includes first and second telescopically telescoping waveguide sections. As in the above embodiment, the connecting flanges can be either rotatable or stationary flanges .
Die Erfindung schafft also ein Laser-Arbeitsgerät, das Innerhalb des Bereiches des Gerätes im dreidimensionalen Raum Laserstrahlen zu einem Bestrahlungspunkt übertragen kann. Das Licht von einer Laserquelle wird in einen ver längerbaren, hohlen Einführungs-Wellenleiter mit zwei teleskopisch ineinanderschiebbaren Abschnitten gerichtet, die ausgefahren und zurückgezogen werden können. Der hohle Wellenleiter ist durch einen drehbaren oder stationären Flansch mit einer Spiegelbiegung verbunden. Das gegenüber- The invention thus creates a laser working device which can transmit laser beams to an irradiation point in three-dimensional space within the area of the device. The light from a laser source is directed into an extendable, hollow introductory waveguide with two telescopically telescoping sections that can be extended and retracted . The hollow waveguide is connected to a mirror bend by a rotatable or stationary flange. The opposite-
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liegende Ende der Spiegelbiegung ist durch einen zweiten drehbaren oder stationären Flansch mit einem flexiblen, hohlen Wellenleiter gekoppelt, dessen innere Oberfläche aus einem Material besteht, das Laserlicht der von der Lichtquelle emittierten Wellenlänge reflektieren kann. An dem zweiten Ende des flexiblen, hohlen Wellenleiters kann eine zur Strahlfokussierung dienende Linse vorgesehen werden.lying end of the mirror bend is through a second rotatable or stationary flange with a flexible, coupled hollow waveguide, the inner surface of which is made of a material that emits laser light from the Light source emitted wavelength can reflect. At the second end of the flexible, hollow waveguide a lens used for beam focusing can be provided.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe invention will be described in the following on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying schematic Drawings explained in more detail. Show it
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Lichtleiter eines herkömmlichen Laser-Arbeitsgerätes mit einem aus mehreren Gelenken bestehenden System,Fig. 1 is a section through a light guide of a conventional laser working device with a multi-joint system,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Lichtleiter einer Ausführungsform eines Laser-Arbeitsgerätes nach der vorliegenden Erfindung, und2 shows a section through a light guide of an embodiment of a laser working device according to the present invention, and
Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil des Lichtleiters des Laser-Arbeitsgerätes nach der vorliegenden Erfindung.3 shows a section through part of the light guide of the laser working device according to the present invention Invention.
Die Erfindung wird im folgenden im Detail unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert.The invention is hereinafter referred to in detail explained in more detail on preferred embodiments.
Ein Ausführungsbeispiel eines Laser-Arbeitsgerätes nach der vorliegenden Erfindung ist in Figur 2 dargestellt und enthält eine Laserquelle 13, wie beispielsweise eine CO--Laserquelle oder eine YAG-Laserquelle, einen Lichtleiter 11 für die Übermittlung des Laserstrahls von der Laser-An embodiment of a laser tool according to the present invention is shown in Figure 2 and contains a laser source 13, such as a CO laser source or a YAG laser source, a light guide 11 for the transmission of the laser beam from the laser
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quelle 13 zu einem Punkt in der Nähe des Bestrahlungspunktes sowie einen Laserstrahl-Fokussierungsabschnitt 12, um den Laserstrahl von dem Lichtleiter 11 zu einem Material zu bringen, das durch den Laserstrahl bearbeitet oder verändert werden soll (nicht dargestellt). Der Lichtleiter 11 ist in Figur 3 im einzelnen gezeigt.source 13 to a point near the irradiation point and a laser beam focusing section 12 to the laser beam from the light guide 11 to a Bring material that is to be processed or changed by the laser beam (not shown). The light guide 11 is shown in detail in FIG.
Der Lichtleiter 11 enthält einen hohlen Wellenleiter 14 mit starren oder flexiblen Rohren 14a und 14b. Eins der beiden Rohre 14a und 14b ist verschiebbar in das andere Rohr eingesetzt, so daß der hohle Wellenleiter 14 durch Herausziehen eines der beiden Rohre verlängert werden kann. Ein stationärer oder drehbarer Flansch 16 ist an einem Ende des hohlen Wellenleiters 14 angebracht. Die innere Wand des verlängerbaren, hohlen Wellenleiters 14 hat eine reflektierende Oberfläche 11r, die aus einem Material, wie beispielsweise Gold oder Silber, hergestellt ist, das den Laserstrahl effektiv reflektieren kann. Die reflektierende Oberfläche 11r kann mit jedem geeigneten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Galvanisieren oder Aufdampfen im Vakuum.The light guide 11 contains a hollow waveguide 14 with rigid or flexible tubes 14a and 14b. One of the two tubes 14a and 14b is slidable into the other Tube inserted so that the hollow waveguide 14 can be extended by pulling out one of the two tubes can. A stationary or rotatable flange 16 is attached to one end of the hollow waveguide 14. the inner wall of the extendable hollow waveguide 14 has a reflective surface 11r made of a Material, such as gold or silver, is made that can effectively reflect the laser beam. the reflective surface 11r can be made by any suitable method, such as electroplating or evaporation in a vacuum.
Der Lichtleiter 11 enthält weiterhin wenigstens eine Spiegelbiegung 15, welche die Form eines Rohrs mit dem Flansch 16 und einem drehbaren Flansch 17 an den gegenüberliegenden Enden hat, wobei das Rohr in einem geeigneten Winkel gebogen ist. Eine plane Reflexionsplatte m ist an dem gebogenen Bereich der Spiegelbiegung 15 vorgesehen. Zu diesem Zweck hat die innere Viand der Spiegelbiegung 15 eine reflektierende Oberfläche lic, die aus einem Material, wie beispielsweise Gold oder Silber, hergestellt ist, das den Laserstrahl effektiv reflektieren kann. Mit der Spiegelbiegung 15 ist ein flexibler, hohler Wellenleiter 18 mit einem stationären oder drehbaren Flansch 17The light guide 11 also contains at least one Mirror bend 15, which is the shape of a tube with the flange 16 and a rotatable flange 17 on the opposite Has ends with the tube bent at a suitable angle. A plane reflection plate m is provided on the bent portion of the mirror bend 15. To this end, the inner viand has the mirror bend 15 a reflective surface lic, which consists of a Material, such as gold or silver, is made that can effectively reflect the laser beam. With The mirror bend 15 is a flexible, hollow waveguide 18 with a stationary or rotatable flange 17
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an jedem Ende verbunden. Die innere Viand des flexiblen, hohlen Wellenleiters 18 hat ebenfalls eine reflektierende Oberfläche 11r, die aus einem Material, wie beispielsweise Gold oder Silber, besteht, das den Laserstrahl effektiv reflektieren kann, wobei auch in diesem Fall die reflektierende Oberfläche 11r mit jedem geeigneten Verfahren hergestellt werden kann. Diese Elemente sind miteinander in der aus Figur 3 zu erkennenden Reihenfolge gekoppelt, um den Lichtleiter 11 zu bilden.connected at each end. The inner viand of the flexible, hollow waveguide 18 also has a reflective one Surface 11r made of a material such as Gold or silver, which can effectively reflect the laser beam, and in this case also the reflective one Surface 11r can be made by any suitable method. These elements are with each other coupled in the sequence shown in FIG. 3 in order to form the light guide 11.
Bei dieser Ausführungsform eines Laser-Arbeitsgerätes nach der vorliegenden Erfindung wird der Lichtleiter durch den hohlen, zur Einführung dienenden , verlängerbaren Wellenleiter 14, die Spiegelbiegung 15 und den einzigen, flexiblen, hohlen Wellenleiter 18 gebildet. Die oben beschriebene Strahlfokussierung 12 ist mit dem freien Ende des flexiblen, hohlen Wellenleiters verbunden. Der innere Durchmesser am Einlaßende der Strahlfokussierung 12 ist im wesentlichen gleich dem inneren Durchmesser des Lichtleiters 11, während der innere Durchmesser am Auslaßende der Strahlfokussierung kleiner als der innere Durchmesser am Einlaßende ist. Das heißt also, daß die Strahlfokussierung 12 als hohler Körper aufgebaut ist, dessen Innenraum eine konische Form hat oder mit einer anderen, geeigneten Form ausgebildet ist. Die innere Wand der Strahlfokussierung 12 ist als reflektierende Oberfläche aus einem Material, wie beispielsweise Gold oder Silber, ausgebildet, das den Laserstrahl effektiv reflektieren kann, wie bei dem Lichtleiter 11 kann die reflektierende Oberfläche mit jedem geeigneten Verfahren ausgebildet werden. Eine Linse 12a für die Fokussierung des Laserstrahls ist an einer ausgewählten Stelle in dem hohlen Körper vorgesehen, in dem die reflektierende Oberfläche vorgesehen ist, wie oben beschrieben wurde. Die Strahl-In this embodiment of a laser tool according to According to the present invention, the light guide is provided by the hollow, insertable, extendable waveguide 14, the mirror bend 15 and the single, flexible, hollow waveguide 18 is formed. The one described above Beam focusing 12 is connected to the free end of the flexible, hollow waveguide. The inner one The diameter at the inlet end of the beam focusing 12 is substantially equal to the inner diameter of the light guide 11, while the inner diameter at the outlet end of the beam focus is smaller than the inner one Diameter at the inlet end is. This means that the beam focusing 12 is constructed as a hollow body, the interior of which has a conical shape or is designed with another suitable shape. The inner wall the beam focusing 12 is a reflective surface made of a material such as gold or silver, formed that can effectively reflect the laser beam, as in the case of the light guide 11, the reflective Surface can be formed by any suitable method. A lens 12a for focusing the laser beam is provided at a selected location in the hollow body in which the reflective surface is provided as described above. The beam
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fokussierung 12 ist mit dem Lichtleiter 11 verbunden, wie oben erläutert wurde.focus 12 is connected to the light guide 11, such as was explained above.
Wie ebenfalls bereits oben beschrieben wurde, kann der als Einführung dienende , verlängerbare, hohle Wellenleiter 14 verlängert oder verkürzt werden, indem eins der beiden Rohre mit unterschiedlichem Durchmesser verschoben wird. Dementsprechend kann der Bestrahlungsabschnitt leicht linear in ein >und derselben Ebene bewegt werden. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der Manöverierfähigkeit des Laser-Arbeitsgerätes nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einem herkömmlichen Gerät, das ein mehrere Gelenke aufweisendes System verwendet, bei dem der Bestrahlungsabschnitt durch Drehung mehrerer Biegungen bewegt wird.As has also already been described above, the extendable, hollow waveguide serving as an introduction 14 can be lengthened or shortened by moving one of the two tubes with different diameters will. Accordingly, the irradiation section can easily be moved linearly in the same plane will. This results in a significant improvement in the maneuverability of the laser tool after present invention in comparison with a conventional device that uses a multiple articulation system is used in which the irradiation section is moved by rotating several bends.
Wenn bei der oben beschriebenen Ausführungsform der flexible, hohle Wellenleiter 18 aus einem Rohr besteht, das beispielsweise aus einem organischen, makromolekularen Harz hergestellt ist, und wenn der Wellenleiter 18 durch den drehbaren Plansch mit der Spiegelbiegung 15 verbunden ist, dann kann der Bestrahlungsabschnitt leicht in einem dreidimensionalen Raum bewegt werden. Dabei erfolgt nur eine einzige Laserstrahlreflexion, so daß sich sehr viel weniger Reflexionen als bei einem herkömmlichen Laser-Arbeitsgerät ergeben. Dies bedeutet wiederum, daß die Verluste bei der Laserstrahlübertragung stark verringert werden. Selbstverständlich ist es möglich, das Gerät in drei axiale Richtungen zu verlängern, um den Arbeitsbereich zu vergrößern. In diesem Fall werden drei als Einführung dienende, verlängerbare, hohle Wellenleiter 14 verwendet, wobei der flexible, hohle Wellenleiter 18 mit dem äußeren Ende der miteinander verbundenen Wellenleiter gekoppelt wird. Die maximale Zahl der in diesem Fall er-In the above-described embodiment, when the flexible, hollow waveguide 18 consists of a tube, which is made of an organic macromolecular resin, for example, and when the waveguide 18 through the rotatable splash is connected to the mirror bend 15, then the irradiation section can easily in one three-dimensional space can be moved. There is only a single laser beam reflection, so that a lot result in fewer reflections than with a conventional laser tool. This in turn means that the Losses in the laser beam transmission are greatly reduced. It is of course possible to use the device in lengthen three axial directions to enlarge the work area. In this case, three are used as an introduction Serving, extendable, hollow waveguide 14 is used, the flexible, hollow waveguide 18 with is coupled to the outer end of the interconnected waveguides. The maximum number of
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forderlichen Biegungen beträgt nur 4. Bei einem herkömmlichen Gerät mit einem mehrere Gelenke aufweisenden System müssen mehr als fünf Biegungen vorgesehen werden, um den Bestrahlungsabschnitt in einem dreidimensionalen Raum zu bewegen. Deshalb ist die Zahl der Biegungen, das heißt, die Zahl der Laserstrahlreflexionen, bei dem Gerät nach der vorliegenden Erfindung kleiner als bei einem herkömmlichen Gerät. Außerdem kann der Bewegungsbereich des Gerätes nach der vorliegenden Erfindung noch weiter vergrößert werden, indem der Bauteil, in den das Laserrohr eingebaut ist, auf einer drehbaren oder verlängerbaren Halterung, insbesondere einem Schlitten angebracht wird.required bends is only 4. In a conventional device with a multiple articulation More than five bends must be provided to make the irradiation section in a three-dimensional system Move space. Therefore, the number of bends, that is, the number of laser beam reflections in which Apparatus according to the present invention is smaller than that of a conventional apparatus. In addition, the range of motion of the device according to the present invention can still can be further enlarged by placing the component in which the laser tube is installed on a rotatable or extendable Bracket, in particular a slide is attached.
In dem Lichtleiter sind die inneren Wände des als Einführung dienenden , verlängerbaren, hohlen Wellenleiters 14 und der Spiegelbiegung 15 als Reflexionsoberfläche ausgebildet, die aus einem Material bestehen, welches den Laserstrahl effektiv reflektieren kann. Deshalb wird sogar dann praktisch der gesamte Laserstrahl zu der Strahlfokussierung 12 übermittelt, wenn die optische Achse in der Biegung 15 abgelenkt bzw. gekrümmt bzw. geknickt wird. In Figur 2 deutet der Pfeil ein Beispiel einer solchen Fortpflanzungsbahn des Laserstrahls an.Inside the light guide are the inner walls of the introductory, extendable, hollow waveguide 14 and the mirror bend 15 as a reflection surface formed, which consist of a material which can effectively reflect the laser beam. Therefore will even then, practically the entire laser beam is transmitted to the beam focusing 12 when the optical axis is deflected or curved or kinked in the bend 15. In Figure 2, the arrow indicates an example of one such a path of propagation of the laser beam.
Sogar dann, wenn eine Biegebeanspruchung auf einen Teil des flexiblen, hohlen Wellenleiters 18 , der den Strahlengang 11 umlenkt, ausgeübt wird, kann der Lichtleiter 11 den von der Laserquelle 13 emittierten Laserstrahl im wesentlichen durch vollständige Reflexion zu dem Bestrahlungspunkt übermitteln, um so eine Erhöhung der Ubertragungsverluste zu verhindern. Deshalb kann das Gerät nach der vorliegenden Erfindung die Vorteile des Strahlengangs in einem solchen Manipulator voll aus nutzen. Das heißt, daß die Strahlfokussierung 12 zu je-Even if there is a bending stress on a part of the flexible, hollow waveguide 18, which deflects the beam path 11, is exercised, the light guide 11 the laser beam emitted by the laser source 13 essentially by complete reflection to the irradiation point transmit in order to prevent an increase in transmission losses. That's why it can Device according to the present invention take full advantage of the beam path in such a manipulator. This means that the beam focusing 12 is always
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der gewünschten Stelle in einem dreidimensionalen Raum bewegt werden kann, der durch die Abmessungen des als Einführung dienenden, verlängerbaren, hohlen Wellenleiters 14, der Spiegelbiegung 15 und des flexiblen, hohlen Wellenleiters 18 definiert ist, und zwar unabhängig von einer Krümmung bzw. Ablenkung der optischen Achse. Daraus ergibt sich wiederum, daß mit einem solchen Lichtleiter 11 extrem hohe Arbeitsgeschwindigkeiten möglich sind; sogar dann, wenn die Einbaulage der Lasereinheit geändert wird, ist keine Feineinstellung der optischen Achse mehr erforderlich.can be moved to the desired location in a three-dimensional space defined by the dimensions of the as Introductory, extendable, hollow waveguide 14, the mirror bend 15 and the flexible, hollow waveguide 18 is defined, independently from a curvature or deflection of the optical axis. From this it follows in turn that with such a Light guide 11 extremely high operating speeds are possible; even if the mounting position of the laser unit is changed, fine adjustment of the optical axis is no longer required.
Die Laserstrahlen, die durch den Lichtleiter 11 zu der Strahlfokussierung 12 durchgelassen werden, fallen auf die Linse 12a und werden dadurch fokussiert, um außerhalb der Strahlfokussierung 12 einen Punkt zu bilden. Wie oben beschrieben wurde, enthält die Strahlfokussierung 12a und den hohlen Körper, dessen innere Wand eine reflektierende Oberfläche hat, die , wie bei dem Lichtleiter mit einem geeigneten Verfahren hergestellt werden kann. Deshalb werden die Laserstrahlen bei der Reflexion an diesen Schichten nur sehr wenig absorbiert, so daß die Strahlfokussierung 12 nicht zu stark erwärmt wird. Darüber hinaus werden die Laserstrahlen zu einem kleinen, scharfen, genau definierten Punkt fokussiert.The laser beams passing through the light guide 11 to the Beam focusing 12 transmitted, fall on lens 12a and are thereby focused to outside of the beam focusing 12 to form a point. As described above, the beam focussing includes 12a and the hollow body, the inner wall of which has a reflective surface which, like the light guide can be produced by a suitable method. Therefore, the laser beams are reflected in the reflection only very little absorbed at these layers, so that the beam focusing 12 is not heated too much. About that In addition, the laser beams are focused to a small, sharp, well-defined point.
Wenn als Material für die reflektierenden Oberflächen oder die inneren Wände jedes als Einführung dienende Wellenleiters 14, der Spiegelbiegung 15 des flexiblen, hohlen Wellenleiters 18 und der Strahlfokussierung 12 Gold oder Silber von hoher Beinheit verwendet werden, und wenn als Laserstrahlen Infrarotstrahlen eingesetzt werden, so wird ungefähr 99 % der Energie des Laserstrahls reflektiert.If as a material for the reflective surfaces or the inner walls of each lead-in waveguide 14, the mirror bend 15 of the flexible, hollow waveguide 18 and the beam focusing 12 gold or silver of high unity can be used, and when infrared rays are used as the laser beams, it becomes about 99% of the energy of the laser beam reflected.
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Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt/ werden bei dem Gerät nach der vorliegenden Erfindung die Laserstrahlen durch einen Lichtleiter übertragen, der durch die "Kaskadenschaltung" , also Hintereinanderschaltung eines oder mehrerer, als Einführung dienender, hohler Wellenleiter, der Spiegelbiegungen und des flexiblen, hohlen Wellenleiters durch die drehbaren Flansche und die stationären Flansche gebildet wird, wobei jeder als Einführung dienende, hohle Wellenleiter dadurch verlängert werden kann, daß eins ν·~η zwei Rohren mit unterschiedlichem Durchmesser in einer linearen, insbesondere geradlinigen Bewegung verschoben wird. Dementsprechend werden die Menge der von dem Laserstrahl übertragenen Energie und die Sicherheit der Laserstrahl-Übertragung auf einem ausreichend hohen Pegel gehalten; darüber hinaus kann der Lichtleiter bei Bedarf mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden. Weiterhin ist keine Justierung der optischen Achse erforderlich. Und schließlich werden im Vergleich mit den herkömmlichen Laser-Arbeitsgeräten die Handgriffe und Arbeitsgänge wesentlich vereinfacht, die für die Änderung der Einbaulage des Laser-Arbeitsgerätes nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden müssen.As is apparent from the above description, in the apparatus of the present invention, the laser beams transmitted by a light guide, which is through the "cascade connection", ie one behind the other one or more hollow waveguides serving as an introduction, the mirror bends and the flexible, hollow waveguide is formed by the rotatable flanges and the stationary flanges, each As an introduction serving, hollow waveguide can be extended that one ν · ~ η two tubes with different diameter is moved in a linear, in particular rectilinear movement. Accordingly become the amount of energy transmitted by the laser beam and the safety of the laser beam transmission held at a sufficiently high level; in addition, the light guide can be used with operated at high speeds. Furthermore, no adjustment of the optical axis is necessary. and Finally, the handles and operations are compared with the conventional laser tools significantly simplifies the change in the installation position of the laser tool according to the present Invention must be carried out.
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Claims (9)
eine Einrichtung zur Ausbildung eines Lichtleiters (11) mit einem ersten Bereich (14) mit einer reflektierenden Oberfläche (11r) aus einem Material, das den Laserstrahl von der Lichtquelle (13) effektiv reflektiert und mit einem zweiten Bereich mit einem verlängerbaren, hohlen, Einführungs-Wellenleiter (14), der ausgezogen und zurück-(i.Laser tool with a light source and with a light guide that transmits laser beams to an irradiation point, characterized by
means for forming a light guide (11) having a first region (14) with a reflective surface (11r) made of a material which effectively reflects the laser beam from the light source (13) and having a second region with an extendable, hollow, inlet -Waveguide (14), which is extended and back-
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