DE29904097U1 - Nozzle for a laser processing head - Google Patents
Nozzle for a laser processing headInfo
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Description
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Beschreibung Description
Düse fur einen Laserbearbeitungskopf
5Nozzle for a laser processing head
5
Die Erfindung betrifft eine Düse für einen Laserbearbeitungskopf, insbesondere für einen einhandgefuhrten Bearbeitungskopf eines Hochleistungsdiodenlasers. Sie enhält Elemente zur Ankopplung an den Bearbeitungskopf, zur Gaszuführung und Kühlung sowie für die Anbringung von Sicherheits- und Sensorikmechanismen.The invention relates to a nozzle for a laser processing head, in particular for a one-handed processing head of a high-performance diode laser. It contains elements for coupling to the processing head, for gas supply and cooling, and for attaching safety and sensor mechanisms.
Ein Düsenkörper für einen Laserbearbeitungskopf ist beispielsweise in DE 42 12 652 beschrieben. Üblicherweise wird der Laserstrahl entlang der Zentralachse geführt. Insbesondere aber ist der in Rede stehende Düsenkörper mit Einrichtungen zur induktiven Messung des Abstands zum Werkstück versehen. In PCT/DE97/00652 wird eine Vorrichtung zum handgeführten Bearbeiten von Werkstücken mittels Bestrahlung, insbesondere Laserstrahlung, vorgestellt. Diese besitzt einen düsenartigen Abstandshalter mit werksrückseitig angeordneten Abdichtungsmittel, nämlich einer einfachen Ringscheibe. Weiterhin ist ein Sensor vorhanden, der Druck- und Strömungskenngrössen erfasst und an eine Auswerteeinheit weitergibt. Aus dem Vergleich mit vorgegebenen Kenngössen resultieren Änderungen der Strahlungsintensität. Eine Abstandsregulierung ist in der Weise vorgesehen, dass der Strahlungsabgabekopf abstandsverändernd! gestaltet ist.A nozzle body for a laser processing head is described, for example, in DE 42 12 652. The laser beam is usually guided along the central axis. In particular, however, the nozzle body in question is provided with devices for inductively measuring the distance to the workpiece. In PCT/DE97/00652, a device for hand-guided processing of workpieces by means of radiation, in particular laser radiation, is presented. This has a nozzle-like spacer with a sealing means arranged on the back of the workpiece, namely a simple ring disk. There is also a sensor that records pressure and flow parameters and passes them on to an evaluation unit. Changes in the radiation intensity result from the comparison with predetermined parameters. Distance regulation is provided in such a way that the radiation emission head is designed to change the distance!
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Ziel der Erfindung ist, eine Düse für einen Laserbearbeitungskopf, speziell für einen einhandgeführten Bearbeitungskopf eines Hochleistungsdiodenlaser, zur Verfugung zu stellen, die wirtschaftlich herstellbar ist, darüberhinaus allen technischen und technologischen Anforderungen der Praxis gerecht wird, und den Stand der Technik in fortschrittlicher Weise bereichert.The aim of the invention is to provide a nozzle for a laser processing head, especially for a one-handed processing head of a high-performance diode laser, which can be produced economically, furthermore meets all technical and technological requirements in practice, and enriches the state of the art in an advanced way.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Entwicklung einer Düse der beschriebenen Art, die folgende apparativen bzw.funktionellen Merkmale aufweist:The object of the invention is therefore to develop a nozzle of the type described, which has the following apparatus and functional features:
- Eignung für die Materialbearbeitung mittels Hochleistungsdiodenlaser über 500 W Leistung;- Suitability for material processing using high-power diode lasers with over 500 W output ;
- Möglichkeit der lösbaren Verbindung mit einem Laserbearbeitungskopf, der vorzugsweise von einer Hand führbar ist;- Possibility of detachable connection to a laser processing head, which can preferably be operated by one hand;
- Aufnahme von Laserschutz- und Sensorikelementen mit der Option der Austauschbarkeit dieser Elemente;- Inclusion of laser protection and sensor elements with the option of replacement of these elements;
- Integrative Gaszufuhr und Kühlung.
15- Integrated gas supply and cooling.
15
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe nach den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst worden, während in den abhängigen Ansprüchen zweckmässige Ausgestaltungen angegeben sind.According to the invention, the object has been achieved according to the features of claim 1, while expedient embodiments are specified in the dependent claims.
Zur nachfolgenden näheren Erläuterung der Erfindung dienen mehrere Zeichnungen. In den einzelnen Figuren sind angegeben:Several drawings serve to explain the invention in more detail below. The individual figures show:
- Figur 1 Schweissdüse 6 in einer Schnittdarstellung;- Figure 1 welding nozzle 6 in a sectional view;
- Figur 2 Schweissdüse 6 um 90° gedreht gegenüber Figur 1;- Figure 2 welding nozzle 6 rotated by 90° compared to Figure 1;
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- Figur 3 Schweissdüse 6 mit Halterungen und Elementen zur Realisierung und - Figure 3 Welding nozzle 6 with brackets and elements for realization and
Regulierung des Fokusabstandes und zum Laserschutz (Variante 1);Regulation of the focus distance and laser protection (variant 1);
- Figur 4 Adapterring 7 mit Radhalterungen 12 für die Abstandshalter 11 und- Figure 4 Adapter ring 7 with wheel holders 12 for the spacers 11 and
mit Bürstenring 10 in drei Ansichten (Variante 1);with brush ring 10 in three views (variant 1);
- Figur 5 Schweissdüse 6 mit Halterungen und Elementen zur Realisierung und Regulierung des Fokusabstandes und zum Laserschutz (Variante 2);- Figure 5 Welding nozzle 6 with brackets and elements for realizing and regulating the focus distance and for laser protection (variant 2);
- Figur 6 Adapterring 7 mit Radhalterungen 12 für die Abstandshalter 11 und- Figure 6 Adapter ring 7 with wheel holders 12 for the spacers 11 and
mit Bürstenring 10 in drei Ansichten (Variante 2)
-Figur 7 Schweissdüse 6 mit Abstandshaltern 11;with brush ring 10 in three views (variant 2)
-Figure 7 welding nozzle 6 with spacers 11;
- Figur 8 Schweissdüse 6 mit Abstandshaltern 11 um 90° gedreht gegenüber- Figure 8 Welding nozzle 6 with spacers 11 rotated by 90° opposite
Figur 7;Figure 7;
- Figur 9 Variationen der Verfahrrichtung des Bearbeitungskopfes 8;- Figure 9 Variations of the travel direction of the machining head 8;
- Figur 10 Senkrecht zur Werkstückoberfläche angeordnete Abstandshalter 11- Figure 10 Spacers arranged perpendicular to the workpiece surface 11
ohne Abschirmung;without shielding;
- Figur 11 Senkrecht zur Werkstückoberfläche angeordnete Abstandshalter 11- Figure 11 Spacers arranged perpendicular to the workpiece surface 11
mit Abschirmung;with shielding;
- Figur 12 Schräg zur Werkstückoberfläche angeordnete Abstandshalter 11- Figure 12 Spacers arranged at an angle to the workpiece surface 11
ohne Abschirmung;without shielding;
- Figur 13 Schräg zur Werkstückoberfläche angeordnete Abstandshalter 11
mit Abschirmung;- Figure 13 Spacers arranged at an angle to the workpiece surface 11
with shielding;
- Figur 14 Anordnung des mechanischen Laserschutzes;- Figure 14 Arrangement of the mechanical laser protection;
- Figur 15 Anordnung der Sicherheitssensorik in Verbindung mit dem- Figure 15 Arrangement of the safety sensors in connection with the
mechanischen Laserschutz,mechanical laser protection,
- Figur 16 Geschwindigkeitssensor.- Figure 16 Speed sensor.
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Die verwendeten Bezugszeichen bedeuten:The reference symbols used mean:
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In Figur 1 ist die erfindungsgemässe Schweissdüse 6 im Schnitt dargestellt. Erkennbar ist die Schnittstelle 1 zur Ankopplung an den Bearbeitungskopf 8. Weiterhin sind ein Gasanschluss 2 und Anschlüsse für die Kühlung 4 vorhanden. Einsetzbar sind verschiedene Kühlmedien, vorzugsweise aber Wasser. Die Kühlkanäle 5 befinden sich überwiegend im Bereich der Austrittsöflhung 9 innerhalb der Schweissdüse 6. Schliesslich ist eine Halterung 3 für den Adapterring 7 vorgesehen.Figure 1 shows the welding nozzle 6 according to the invention in section. The interface 1 for coupling to the processing head 8 can be seen. A gas connection 2 and connections for cooling 4 are also present. Various cooling media can be used, but preferably water. The cooling channels 5 are mainly located in the area of the outlet opening 9 inside the welding nozzle 6. Finally, a holder 3 for the adapter ring 7 is provided.
Somit sind die Hauptvoraussetzungen für eine modular aufgebaute Schweissdüse 6 gegeben. Der schnelle Wechsel einzelner Komponenten ist möglich. Ausserdem ist die Düse 6 mit wenigen Handgriffen vom Bearbeitungskopf 8 ab-, bzw. an diesen ankoppelbar.The main requirements for a modular welding nozzle 6 are therefore met. Individual components can be changed quickly. In addition, the nozzle 6 can be detached from or attached to the processing head 8 in just a few simple steps.
Nachfolgend werden zwei Varianten der Adaption von Sensorik- undBelow, two variants of the adaptation of sensor and
Laserschutzelementen an die Schweissdüse 6 vorgestellt. 15Laser protection elements on the welding nozzle 6 are presented. 15
Figur 3 zeigt die Schweissdüse 6 mit entsprechenden Halterungen und Elementen zur Realisierung und Regulierung des Fokusabstandes, wie auch solchen zur Laser sicherheit.Figure 3 shows the welding nozzle 6 with corresponding holders and elements for realization and regulation of the focus distance, as well as those for laser safety.
Zunächst weist die Schweissdüse 6 die gleichen Merkmale auf, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Zusätzlich ist ein Adapterring 7 aufrastbar und möglichst um 90° drehbar. Der Adapterring 7 nimmt die Abstandshalter 11, mit und ohne Geschwindigkeitsaufhehmer, und den Laserschutz, vorzugsweise in Form eines Bürstenringes 10 auf.Firstly, the welding nozzle 6 has the same features as shown in Figures 1 and 2. In addition, an adapter ring 7 can be snapped on and, if possible, rotated by 90°. The adapter ring 7 accommodates the spacers 11, with and without speed sensors, and the laser protection, preferably in the form of a brush ring 10.
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Die Abstandshalter 11 können sowohl fest als auch höhenverstellbar angeordnet werden. Vorteilhafterweise sollte eine Justage vorgesehen werden. Die Abstandshalter 11 sind im wesentlichen als Halterungen für Räder 15 ausgebildet und in jeweils einer Radhalterung 12 verankert. Als zweckmässig wird die Verwendung von zwei Rädern 15 und einem Laufrad 16 angesehen. Im aufgezeigten Beispiel sind die Abstandshalter 11 parallel zur Düsengeometrie angeordnet und somit zum Werkstück schräggestellt.The spacers 11 can be arranged either fixed or adjustable in height. It is advantageous to provide for an adjustment. The spacers 11 are essentially designed as holders for wheels 15 and are anchored in a wheel holder 12. The use of two wheels 15 and one impeller 16 is considered to be expedient. In the example shown, the spacers 11 are arranged parallel to the nozzle geometry and thus at an angle to the workpiece.
Einen Adapterring 7 für diese Lösungsvariante zeigt Figur 4 in drei Ansichten. Das Material für den Adapterring 7 sollte temperaturbeständig sein und gute Wärmeleiteigenschaften haben. Gleiches gilt für die Abstandshalter 11 und Bürstenringe 10 bzw. 13.Figure 4 shows an adapter ring 7 for this solution variant in three views. The material for the adapter ring 7 should be temperature-resistant and have good thermal conductivity properties. The same applies to the spacers 11 and brush rings 10 and 13.
In Analogie zu Figur 3 ist Figur 5 die Darstellung der Schweissdüse 6 mit Halterungen und Elementen zur Realisierung und Regulierung des Fokusabstandes und zum Laserschutz mit dem Unterschied, dass die Abstandshalter 11 hier im rechten Winkel zum Werkstück angeordnet sind. Dadurch macht sich ein konstruktiv veränderter Adapterring 7 erforderlich, der in Figur 6 aufgezeigt ist. Der veränderte Adapterring 7 sollte ebenfalls auf die Schweissdüse 6 aufrastbar und um 90° drehbar sein. Prinzipiell gelten die gleichen Anforderungen wie bei der eingangs beschriebenen Lösungsvariante.Analogous to Figure 3, Figure 5 shows the welding nozzle 6 with brackets and elements for implementing and regulating the focus distance and for laser protection, with the difference that the spacers 11 are arranged here at a right angle to the workpiece. This requires a structurally modified adapter ring 7, which is shown in Figure 6. The modified adapter ring 7 should also be able to be snapped onto the welding nozzle 6 and rotated by 90°. In principle, the same requirements apply as for the solution variant described at the beginning.
Aufgrund der senkrechten Anordnung der Abstandshalter 11 ist es möglich, einen Bürstenring 13 innerhalb der Abstandshalter 11 zu platzieren. Dadurch sind Letztere nicht direkt dem aggressiven Arbeitsmilieu ausgesetzt.Due to the vertical arrangement of the spacers 11, it is possible to place a brush ring 13 inside the spacers 11. As a result, the latter are not directly exposed to the aggressive working environment.
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Eventuell kann auf den äusseren Bürstenring 10 verzichtet werden. Vorteilhafterweise ist der innere Bürstenring 13 mittels einer Federanordnung 14 beweglich gelagert.The outer brush ring 10 may be omitted. Advantageously, the inner brush ring 13 is movably mounted by means of a spring arrangement 14.
Bei beiden vorgestellten Ausführungsvarianten sind Abstandshalter 11 vorgesehen. Diese dienen dem Ziel, den Abstand zwischen Schweissdüse 6 und Werkstückoberfläche konstant zu halten. Die Notwendigkeit dazu ergibt sich aus der geringen Tiefenschärfe im Fokus.Spacers 11 are provided in both of the versions presented. These serve the purpose of keeping the distance between the welding nozzle 6 and the workpiece surface constant. The need for this arises from the small depth of field in the focus.
Da es sich beim Schweissen um einen dynamischen Prozess handelt, sollten die Abstandshalter 11 zum Werkstück hin vorzugsweise mit Rädern 15 oder Kugeln versehen sein, wobei wenigstens ein Rad 15 mit einem Weggeber zur Geschwindigkeitsmessung auszurüsten ist.Since welding is a dynamic process, the spacers 11 towards the workpiece should preferably be provided with wheels 15 or balls, wherein at least one wheel 15 is to be equipped with a displacement sensor for measuring the speed.
Gemäss Figur 7 verwendet man im einfachsten Fall statische Abstandshalter 11, die nach einmaligem Justieren starr an der Schweissdüse 6 befestigt werden. Diese sind so nah wie möglich an die Schweissnaht heranzubringen, um gegebenenfalls sofort auf Unebenheiten auf der Werkstückoberfläche reagieren zu können.According to Figure 7, in the simplest case, static spacers 11 are used, which are rigidly attached to the welding nozzle 6 after a one-time adjustment. These are to be brought as close as possible to the weld seam in order to be able to react immediately to any unevenness on the workpiece surface.
Die erwähnten Räder 15 oder auch Kugeln am Ende der Abstandshalter 11 ermöglichen ein gleichmässiges Führen des Bearbeitungskopfes 8 auf dem zu schweissenden Werkstück. Faforisiert werden Räder 15, die durch eine Art Kotflügel gegen äussere Einwirkungen geschützt sind.The mentioned wheels 15 or balls at the end of the spacers 11 enable the processing head 8 to be guided evenly on the workpiece to be welded. Wheels 15 that are protected against external influences by a type of fender are preferred.
Nach Figur 7 sorgen drei Abstandshalter 11 für ein verkippungsfreies Führen des Bearbeitungskopfes 8 auf der Werkstückoberfläche.According to Figure 7, three spacers 11 ensure that the machining head 8 is guided on the workpiece surface without tilting.
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Gemäss Figur 8 sind die beiden vorderen Räder 15 so positioniert, daß sie zum einen möglichst nahe an der Schweissnaht liegen und zum anderen den Schwerpunkt des Bearbeitungskopfes in die Nähe der optischen Achse 17 verlagern. Alle Abstandshalter 11 sind höhenverstellbar und können im Bereich von 0 bis 2 mm variiert werden. Die Genauigkeit der Einstellung liegt im Zehntelmillimeterbereich. Der hintere Abstandshalter 11 ist zweckmässigerweise als Laufrad 16 ausgeführt und beinhaltet die Sensorik fur die Geschwindigkeitsmessung. Er ist versetzt zur Schweissnaht an der Schweissdüse 6 bzw. am Adapterring 7 anzubringen, was in Figur 7 deutlich erkennbar ist.According to Figure 8, the two front wheels 15 are positioned so that, on the one hand, they are as close to the weld seam as possible and, on the other hand, they shift the center of gravity of the processing head close to the optical axis 17. All spacers 11 are height-adjustable and can be varied in the range from 0 to 2 mm. The accuracy of the setting is in the tenth of a millimeter range. The rear spacer 11 is expediently designed as a running wheel 16 and contains the sensors for measuring the speed. It is to be attached offset from the weld seam to the welding nozzle 6 or to the adapter ring 7, which can be clearly seen in Figure 7.
Die Justierung der Abstandshalter 11 wird im Labor über einem Justierstrahl oder einem speziellen Abstandsstück vorgenommen. Letzteres ist zwischen Schweissdüse 6 und Werkstückoberfläche zu positionieren und muss dabei so dimensioniert sein, dass es genau die geforderte Fokuslage beschreibt. Da dieser Vorgang auch vom Bediener ausgeführt werden kann, ist ein Nachjustieren auch vor Ort möglich.The adjustment of the spacers 11 is carried out in the laboratory using an adjustment beam or a special spacer. The latter is to be positioned between the welding nozzle 6 and the workpiece surface and must be dimensioned so that it precisely describes the required focus position. Since this process can also be carried out by the operator, readjustment is also possible on site.
Zum Justieren sollten die übrigen Bauelemente, wie beispielsweise die Bürstenringe 10 und 13, entfernt werden.For adjustment, the remaining components, such as the brush rings 10 and 13, should be removed.
Die Abstandshalter 11 sind über einen Ring, speziell dem Adapterring 7 in ihrer Gesamtheit um 90° drehbar gelagert. Dadurch ergeben sich Variationen der Verfahrrichtung gemäss Figur 9. Denkbar aber unvorteiltaft ist auch, jeden einzelnen Abstandshalter 11 drehbar zu lagern. Sollte ein anderer Ring als der Adapterring 7 verwendet werden, so ist auch dieser aufrastbar auf die Düse 6 oder den Adapterring 7 zu gestalten.The spacers 11 are mounted in their entirety via a ring, specifically the adapter ring 7, so that they can rotate by 90°. This results in variations in the direction of travel as shown in Figure 9. It is also conceivable, but disadvantageous, to mount each individual spacer 11 so that it can rotate. If a ring other than the adapter ring 7 is used, this must also be designed so that it can be snapped onto the nozzle 6 or the adapter ring 7.
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Nachfolgend werden mögliche Varianten der Anordnung unterschiedlicher
Abstandshalter 11 vorgestellt. In Figur 10 sind Letztere senkrecht an der Düse 6 bzw.
dem Adapterring 7 ohne jegliche Abschirmung angeordnet. Im Unterschied dazu zeigt
die Abbildung in Figur 11 durch Bürstenringe 10 und 13 abgeschirmte
Abstandshalter 11. Diese sind hier in die Laserabschirmung intergriert und dadurch
optimal gegen Wärmeeinwirkung und Spritzer aus dem Arbeitsbereich geschützt. Der Freiraum zwischen den Abstandshaltern 11 ermöglicht die Integration von
weiteren Sensorikelementen. Nachteilig ist bei dieser Variante, dass die Abstandshalter
11 aufgrund des inneren Bürstenringes 13 nicht in grösstmöglicher Nähe der
Schweissnaht positioniert werden können. Diesen Mangel beseitigt die Ausführungsvariante nach Figur 12 bzw. 13. Hier haben die Abstandshalter 11 eine
Schrägstellung gegenüber dem Werkstück in Richtung Schweissnaht, was im Hinblick
auf die Schweissgenauigkeit als optimal anzusehen ist. Nachteilig ist hier, dass die
Abstandshalter 11 der ungehinderten Wärmestrahlung aus dem Arbeitsprozess
ausgesetzt sind. Fachübliche Massnahmen zur Wärmeableitung, zum Beispiel der Einsatz grosser Räder 15, würden eine grössere Abschirmung erfordern.
Der verringerte Freiraum zwischen den Abstandshaltern 11 macht die Integration von
Sensorikelementen schwieriger.
Aus der Sicht des Anmelders sind unter Würdigung der beschriebenen Vor- und Nachteile beide Varianten der Abstandshalteranordnung anwendbar.Possible variants of the arrangement of different spacers 11 are presented below. In Figure 10, the latter are arranged vertically on the nozzle 6 or the adapter ring 7 without any shielding. In contrast, the illustration in Figure 11 shows spacers 11 shielded by brush rings 10 and 13. Here, these are integrated into the laser shield and are therefore optimally protected against heat and splashes from the work area. The free space between the spacers 11 enables the integration of additional sensor elements. The disadvantage of this variant is that the spacers 11 cannot be positioned as close as possible to the weld seam due to the inner brush ring 13. This deficiency is eliminated by the design variant according to Figures 12 and 13. Here, the spacers 11 are inclined relative to the workpiece in the direction of the weld seam, which can be considered optimal with regard to welding accuracy. The disadvantage here is that the spacers 11 are exposed to unhindered heat radiation from the work process. Standard measures for heat dissipation, such as the use of large wheels 15, would require greater shielding. The reduced free space between the spacers 11 makes the integration of sensor elements more difficult.
From the applicant's point of view, taking into account the described advantages and disadvantages, both variants of the spacer arrangement are applicable.
Wenn die Fokuslage auf der Werkstückoberfläche durch die bisher beschriebenen statischen Abstandshalter 11 nicht mehr eingehalten werden kann, macht sich die Integration einer Abstandsregelung erforderlich.If the focus position on the workpiece surface can no longer be maintained by the previously described static spacers 11, the integration of a distance control becomes necessary.
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Zur Realisierung einer solchen Regelung sind die Bestimmung des aktuellen Abstandes zwischen Schweissdüse und Werkstückoberfläche und dessen Nachführung mittels dynamischer Abstandshalter 11 bzw. Autofocus erforderlich. Aufgrund der automatischen Abstandseinstellung ist die Justierung der Abstandshalter 11 durch den Bediener überflüssig. Lediglich die Kalibrierung des Abstandssensors muss am Beginn der Abstandsmessung durchgeführt werden.To implement such a control, the current distance between the welding nozzle and the workpiece surface must be determined and tracked using dynamic spacers 11 or autofocus. Due to the automatic distance setting, the operator does not need to adjust the spacers 11. Only the calibration of the distance sensor must be carried out at the start of the distance measurement.
Auch hier sind die Abstandshalter 11, wie bereits beschrieben, angeordnet. In die Abstandsregulierung greifen nur die vorderen ein. Diese sind so ausgelegt, dass Längenänderungen bis zu 2 mm ausführbar sind. Die Linearantriebe müssen mit einer Genauigkeit von 0,1 mm arbeiten. Weiterhin müssen sie in den modular aufgebauten Laserschutz, auf den noch einzugehen ist, integrierbar sein.Here too, the spacers 11 are arranged as already described. Only the front ones intervene in the distance regulation. These are designed so that length changes of up to 2 mm can be carried out. The linear drives must work with an accuracy of 0.1 mm. Furthermore, they must be able to be integrated into the modular laser protection, which will be discussed later.
Technische Mittel zum erwähnten Laserschutz, besser Streustrahlungsschutz, an der Schweissdüse 6 sind in Figur 14 angegeben. Diese sollen ein Austreten der Laserstrahlung, auch bei unsachgemässem Umgang mit dem Bearbeitungskopf 8, sicher verhindern.Technical means for the aforementioned laser protection, or better, protection against scattered radiation, on the welding nozzle 6 are shown in Figure 14. These are intended to reliably prevent the laser radiation from escaping, even if the processing head 8 is handled improperly.
An einem der vorgestellten Systeme, hier nach Figur 5, ist zusätzlich ein Segmentring 18 mit Memoryfunktion angebracht, und zwar modular, um das Wechseln der Bürstenringe 10 und 13 durch den Bediener zu ermöglichen und die Zugänglichkeit der Abstandshalter 11 zu gewährleisten.On one of the systems presented, here according to Figure 5, a segment ring 18 with memory function is additionally attached, namely in a modular manner, in order to enable the operator to change the brush rings 10 and 13 and to ensure the accessibility of the spacers 11.
Aus diesem apparativen Aufbau ergibt sich im Hinblick auf die Lasersicherheit folgende Funktionsweise: Am zum Werkstück in Position gebrachten Bearbeitungskopf 8 ist der Abstand zwischen Schweissdüse 6 und Werkstück durch die Abstandshalter 11 vorgegeben. Der innere Bürstenring 13 drückt nun auf die Werkstückoberfläche.With regard to laser safety, this device design results in the following function: On the processing head 8 positioned in relation to the workpiece, the distance between the welding nozzle 6 and the workpiece is specified by the spacers 11. The inner brush ring 13 now presses against the workpiece surface.
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Seine Aufgabe besteht darin, die Laserstrahlung innerhalb des Bürstenringes 13 zu halten. Das Bürstenmaterial besteht aus einem geeigneten Metall, zum Beispiel Messing, das in der Lage ist, das Durchdringen der Strahlung auch bei höheren Temperaturen zu verhindern.Its task is to keep the laser radiation within the brush ring 13. The brush material consists of a suitable metal, for example brass, which is able to prevent the radiation from penetrating even at higher temperatures.
Unebenheiten auf der Werkstückoberfläche werden durch die Federanordnung ausgeglichen. Durch Segmentation des Bürstenringes 13 kann die Flexibilität gegenüber kleineren Unebenheiten weiter erhöht werden. Eine Kühlung der Bürstenhalterung ist aufgrund der auf die Bürsten einwirkenden Prozesswärme vorzusehen. Der äussere Bürstenring 10 ist nicht federnd gelagert. Durch geeignete Materialauswahl, insbesondere flexible, weiche Borstenhaare, können selbst kleinste Unebenheiten auf der Werkstückoberfläche ausgeglichen werden. Somit bildet der äussere Bürstenring 10 einen zusätzlichen Schutz gegen austretende Laserstrahlung.Unevenness on the workpiece surface is compensated by the spring arrangement. By segmenting the brush ring 13, the flexibility can be further increased in relation to smaller unevenness. Cooling of the brush holder must be provided due to the process heat acting on the brushes. The outer brush ring 10 is not spring-mounted. By selecting a suitable material, in particular flexible, soft bristles, even the smallest unevenness on the workpiece surface can be compensated. The outer brush ring 10 thus forms additional protection against escaping laser radiation.
Ein weiterer Schutzmechanismus ist der Segmentring 18.Another protective mechanism is the segment ring 18.
Da an die Schweissanlage bestimmte Sicherheitsanforderungen gestellt sind, reicht eine mechanische Abschirmung allein nicht aus. Daher wird eine spezielle Sensorik eingesetzt, die bei Versagen der bisher beschriebenen Massnahmen in den Bearbeitungsprozess eingreift bzw. diesen überhaupt erst ermöglicht. Die einzelnen Lamellen des Segmentringes 18 werden dazu genutzt. Mit Verweis auf Figur 15 sind diese mit Kontaktgebern 19 ausgestattet, die das Überschreiten definierter Grenzwerte signalisieren und das Abschalten der Laserstrahlung veranlassen. Grenzwerte können Verkippungen, Oberflächenfehler am Werkstück oder das Erreichen einer Werkstückkante sein. Ausserhalb des Bearbeitungsprozesses sind die Kontakte 19 geschlossen.Since the welding system has to meet certain safety requirements, mechanical shielding alone is not sufficient. Therefore, a special sensor system is used which intervenes in the processing process if the measures described so far fail, or which makes this possible in the first place. The individual slats of the segment ring 18 are used for this purpose. With reference to Figure 15, these are equipped with contactors 19 which signal when defined limit values are exceeded and cause the laser radiation to be switched off. Limit values can be tilting, surface defects on the workpiece or reaching a workpiece edge. Outside of the processing process, the contacts 19 are closed.
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Durch Aufsetzen des Segmentringes 18 auf das Werkstück kommt es zur Stauchung
der Lamellen. Der Segmentring 18 erweitert sich im Durchmesser. Die
Durchmessererweiterung bewirkt, dass sich die bisher geschlossenen Kontakte 19 öflhen und somit den Schweissprozess freigeben.
Wird nun wenigstens eine Lamelle infolge ihres Eigengewichts oder ihrer Memoryfunktion wieder gestreckt, kommt es zur Kontaktgabe, die die Abschaltung der
Laserstrahlung bewirkt. Ursache für die Streckung einer oder aller Lamellen des Segmentringes 18 können beispielsweise die oben beschriebenen Grenzsituationen sein.When the segment ring 18 is placed on the workpiece, the lamellae are compressed. The segment ring 18 expands in diameter. The expansion in diameter causes the previously closed contacts 19 to open, thus enabling the welding process.
If at least one lamella is stretched again due to its own weight or its memory function, contact is made, which causes the laser radiation to be switched off. The reason for the stretching of one or all lamellae of the segment ring 18 can be, for example, the limit situations described above.
Denkbar wäre auch zusätzlich zu den Kontakten 19 oder anstelle derselben optische Detektoren zur on- line- Überwachung zu verwenden. Dazu müssen aber die Oberflächen zwischen dem äusseren Bürstenring 10 und dem Segmentring 18 so reflektierend beschaffen sein, dass die spezifische Wellenlänge mit ausreichender Intensität detektiert werden kann.It would also be conceivable to use optical detectors for online monitoring in addition to the contacts 19 or instead of them. However, for this to happen, the surfaces between the outer brush ring 10 and the segment ring 18 must be so reflective that the specific wavelength can be detected with sufficient intensity.
Additiv ist auch der gefederte innere Bürstenring 13 zur Erhöhung der Lasersicheheit nutzbar, indem die Federanordnung 14 mit Schaltkontakten gekoppelt ist, die beim Aufsetzen auf das Werkstück schliessen. Erst dann wird die Laserstrahlung freigegeben. Im Umkehrschluss wird diese beim Anheben des Bearbeitungskopfes 8 unterbrochen.The spring-loaded inner brush ring 13 can also be used to increase laser safety by coupling the spring arrangement 14 with switching contacts that close when placed on the workpiece. Only then is the laser radiation released. Conversely, this is interrupted when the processing head 8 is raised.
Abschliessend wird anhand von Figur 16 ein Beispiel für die bereits angesprochene Geschwindigkeitsmessung vorgestellt.Finally, an example of the speed measurement already mentioned is presented using Figure 16.
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Ein mit vorzugsweise Gummi belegtes Laufrad 20, zweckmässigerweise das Laufrad 16 nach Figur 8, wird in Verbindung mit weiteren fachüblichen Elementen zur Geschwindigkeitsbestimmung genutzt. Alle Bauelemente sind in fachüblicher Weise konzipiert. Als Sensor empfielt sich ein Incrementalgeber. Das Ausgangssignal sollte digital abgegriffen werden. Für die Weiterverarbeitung ist ein Microcontroller vorgesehen. Die aufzunehmenden Geschwindigkeiten betragen bis zu 10 mm/s. Der Durchmesser des Laufrades 20 sollte nicht grosser als 15 mm sein.A running wheel 20, preferably covered with rubber, preferably the running wheel 16 according to Figure 8, is used in conjunction with other standard elements to determine the speed. All components are designed in a standard manner. An incremental encoder is recommended as a sensor. The output signal should be digitally recorded. A microcontroller is provided for further processing. The speeds to be recorded are up to 10 mm/s. The diameter of the running wheel 20 should not be larger than 15 mm.
Schliesslich können, sofern dazu Bedarf besteht, weitere Zusatzgeräte oder Einrichtungen vorgesehen werden.Finally, if necessary, additional equipment or facilities can be provided.
Beispielsweise Sensoren zur Abstandsmessung und/oder Nahtverfolgung zwecks direkter oder indirekter Nahtnachfuhrung.For example, sensors for distance measurement and/or seam tracking for direct or indirect seam tracking.
Zum Schweissen mit Zusatzwerkstoff sind entsprechende Mittel an der Düse 6 oder am Bearbeitungskopf 8 denkbar.For welding with additional material, appropriate means on the nozzle 6 or on the processing head 8 are conceivable.
Somit steht eine Düse 6 für einen Laserbearbeitungskopf, speziell für einen einhandgeführten Bearbeitungskopf 8 eines Hochleistungsdiodenlasers, zur Verfugung die der eingangs formulierten Zielstellung, nämlich wirtschaftliche Herstellbarkeit, Befriedigung technischer und technologischer Anforderungen der Praxis und damit Bereicherung des Standes der Technik in fortschrittlicher Weise, gerecht wird.Thus, a nozzle 6 is available for a laser processing head, especially for a one-handed processing head 8 of a high-performance diode laser, which meets the objective formulated at the beginning, namely economic manufacturability, satisfaction of technical and technological requirements in practice and thus enrichment of the state of the art in an advanced manner.
Claims (16)
59. Nozzle according to claims 1 and 7, characterized in that a brush ring (10) is located outside and a further brush ring (13) is located inside the spacers (11), wherein one, preferably the brush ring (10), can possibly be dispensed with.
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Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE29904097U DE29904097U1 (en) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | Nozzle for a laser processing head |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE29904097U DE29904097U1 (en) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | Nozzle for a laser processing head |
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| DE29904097U1 true DE29904097U1 (en) | 1999-05-27 |
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Family Applications (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE10142422A1 (en) * | 2001-08-31 | 2003-04-03 | Matthias Busch | Laser protection glasses have camera overall LED display are simple to use |
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1999
- 1999-03-08 DE DE29904097U patent/DE29904097U1/en not_active Expired - Lifetime
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