DE3202218A1

DE3202218A1 - "bearbeitungsmaschine mit einem co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-laser"

Info

Publication number: DE3202218A1
Application number: DE19823202218
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Kyoto Haga; Kyoshiro Kyoto Imagawa; Haruo Takatsuki Osaka Kotani; Mitsunori Saitoh; Shiro Sakuragi
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1981-01-27
Filing date: 1982-01-25
Publication date: 1982-08-05
Also published as: JPS57124586A; KR870001077B1; KR830008784A; JPS5950434B2; US4443684A; DE3202218C2

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf C02-Laser-Bearbeitungsmaschinen, insbesondere mit den im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Wegen ihrer höheren Strahlenergie sind CO2-Laser allgemein für industrielle Anwendungen wie Druck- bzw. Gravierarbeiten, Wärmeanwendungen, Schweiß-, Schneid-, Bohrarbeiten u. dgl.
besser geeignet als YAG-Laser. Daher ist bereits in diversen Bearbeitungsmaschinen ein CO2-Lase#enerator als Lichtquelle vorgesehen worden.
Alle bisher bekannten Co2-Laser-searbeitungsmaschinen bean-2 spruchen viel Raum, weil das in ihnen enthaltene optische System mit Spiegel, Spiegelhalter, Spiegelhalter-Tragarm u.
dgl. sehr kompliziert und aufwendiq ist.
Bei Maschinen mit feststehendem optischem System benötigen wiederum einen verschiebbaren Werkstückaufnahmeschlitten mit einem zu großen Maschinendimensionen führenden umfangreichen Schlittenantrieb. Andere Maschinen, bei denen das zu bearbeitende Werkstück festgehalten und statt dessen der Laserstrahl durch Spiegeldrehung an dem Werkstück entlang bewegt wird, haben die Nachteile, daß sie ein kompliziertes optisches System benötigen und daß sich mit der Bearbeitungszone auch der Auftreffwinkel des Laserstrahls ändert; direkt unter dem Kondensor ist die Strahl- und Bearbeitungsrichtung senkrecht, an anderen Stellen dageqen schiefwinklig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bei relativ einfachem und kompaktem Aufbau für hohe Bearbeitungsqualität geeignete Bearbeitungsmaschine mit C02-Lasererreger zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurz gefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen und in dem nachfolgenden Teil der Beschreibung enthalten.
Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, zur Ubertragung des Laserstrahls vom CO2-Las ererreger zu dem durch einen Antrieb relativ zu einem auf einer Aufnahme fixierten Werkstück verschiebbaren Kondensor dem Laserstrahl-Wellenlängenbereich angepaßte und in einem flexiblen Kabel angeordnete flexible optische Fasern zu benutzen, und den C02-Lasererreger sowie den Kondensorantrieb mittels einer Steuereinheit zu steuern.
Mit dieser Lösung wird ein aufwendiges Spiegelsystem überflüssig, Platz gespart, eine gute Bearbeitungsqualität erzielt, und ferner kann durchweg mit senkrechter Strahlabgaberichtung gearbeitet werden.
Bei Anordnung einer entsprechenden Meßvorrichtung an der Maschine ist es möglich, die Strahlenergie bei Bedarf zu messen und zu regulieren.
Das flexible Kabel kann zusätzliche optische Fasern für Temperaturmeßzwecke und/oder eine Gasleitung zur Faserkühlung und Rauchfreihaltung des Kondensors und der Bearbeitungszone enthalten.
Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezug auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte Frontansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen CO2-Laser-Bearbeitungsmaschine, Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild zu der Maschine von Fig. 1, Fig. 3 eine Perspektivansicht eines Kondensorantriebs der Maschine von Fig. 1, und Fig. 4 und 5 Längsschnittdarstellungen eines flexiblen Kabels für ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte CO -Laser-Bearbeitungsmaschine 2 enthält einen CO2-Lasererreger 1 mit eingebautem Verschluß 2 und einem Strahlauslaß 4, von dem der erzeugte Laserstrahl durch in einem flexiblen Kabel 3 aefaßte und zum Übertragen von 10,6 #m-Infrarotstrahlung geeignete optische Fasern zu einem Kondensor 5 geleitet wird, welcher seinerseits mittels eines beispielsweise handelsüblichen XY-Schlittenantriebs 7 zweidimensional über eine Werkstückaufnahme 6, auf der ein zu bearbeitendes Werkstück W befestigt ist, bewegbar ist. Auf einer senkrecht zu einer Schiene 8 bewegbaren Schiene 9 ist ein den Kondensor 5 tragender Schlitten 10 verschiebbar.
An einer geeigneten Stelle ist oben auf der Aufnahme 6 ist eine Meßvorrichtung 11 mit einem z.B. als Thermosäule, pyroelektrisches Element o. dgl. ausgebildeten Detektor zur Ermittlung der Ausgangsenergie des Laserstrahls angeordnet.
Der C02-Lasererreqer 1 und der Sclittenantrieb 7 werden abhängig von über eine Eingabe 13 eingegebenen sowie auf einer Anzeige 14 sichtbaren Daten über eine z.B. einen Mikrocomputer enthaltende Steuereinheit 12 gesteuert.
Vor Beginn einer Bearbeitung des Werkstücks W auf der Maschine von Fig. 1 - 3 wird zunächst der Kondensor 5 genau über der Meßvorrichtung 11 positioniert, dann der C02-Lasererreger 1 aktiviert, der von diesem durch das flexible Kabel 3 abgegebene 10,6 #m-Laserstrahl in der Meßvorrichtung 11 auf die für die vorgesehene Bearbeitung richtige Energie überprüft und gegebenenfalls die Energie nachjustiert.
Danach wird zur Durchführung der Bearbeitung an einem oder mehreren Werkstücken W der Verschluß 2 durch Steuersignale aus der Steuereinheit so geöffnet und geschlossen, wie es beispielsweise für die Herstellung eines Gravierbearbeitungsmusters erforderlich ist. Zur Ortsbestimmung können dabei in der Steuereinheit Positionssignale für den XY-Schlittenantrieb 7 ausgenutzt werden. Durch den so gesteuerten und vom Kondensor 5 direkt auf das Werkstück W abgegebenen Laserstrahl werden Abschnitte der Werkstückoberfläche herausgebrannt oder thermisch verformt.
Das in Fig. 4 und 5 dargestellte flexible Kabel 3 eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung enthält außer einer optischen Faserleitung 16 zum Übertragen von 10,6 #m-Infrarotstrahlen für Bearbeitungszwecke zusätzlich eine Gasleitung 15 zur Faserkühlung und gleichzeitigen Rauchbeseitigung, und eine zweite Faserleitung 17 für Temperaturmeßzwecken an der Werkstückbearbeitungsstelle dienende Infrarotstrahlung. Das flexible Kabel 3 enthält Materialien wie Quarz, KRS-5, KRS-6, CsI und dergleichen.
Da normalerweise die den Laserstrahl übertragende Faserleitung 16 bei höherer Strahlenergie überhitzt und beschädigt, ferner die Kondensorlinse 18 durch bei Materialverbrennung auf der Werkstückoberfläche entstehenden Rauch verschmutzt, in der Transmission beeinträchtigt und/oder durch erhöhte Wärmeaufnahme gesprengt werden kann, ist das vorliegende flexible Kabel 3 mit der Gasleitung 15 versehen, durch welche die Faserleitung 16 durch Luft oder ein anderes inertes Gas gekühlt und so unter einer kritischen Grenztemperatur,und außerdem die Kondensorlinse 18 durch den mit einem Druck abgegebenen Luft- oder Gasstrom rauchfrei gehalten werden.
Zur Messung der Temperatur an der Bearbeitungsstelle auf dem Werkstück W wurde früher ein außen am Kondensor 5 mit einer Halterung befestigter Temperatursensor benutzt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung von Fig. 4 und 5 erfolgt die Messung der Temperatur an der Bearbeitungsstelle dagegen mittels Infrarotstrahlen, die durch die auch für den Bearbeitungsstrahl benutzte Kondensorlinse 18 und weiter durch die zweite Faserleitung 17 zu einem am inneren Ende des flexiblen Kabels 3 angeordneten Temperatursensor 19 übertragen werden.
Bei dieser Ausführung umfaßt das flexible Kabel ferner einen Faserleiterhalter 20, einen Linsenhalter 21, eine Luftöffnung 22, einen Luftauslaßstutzen 23 und einen Lufteinlaßstutzen 24.
Erfindungsgemäß ausgebildete C02-Laser-Bearbeitungsmaschinen sind nicht nut für die oben erläuterten Gravierarbeiten sondern selbstverständlich auch für diverse andere Bearbeitungen wie Schweißen, Schneiden, Abtragen, Bohren usw. mittels Laserstrahl geeignet. Beispielsweise ist es mit einer solchen Maschine möglich, einen in die Steuereinheit eingegebenen Text auf einem Werkstück aus thermisch expansiblem Material in Blindenschrift umzusetzen. Da der Laserstrahl durch die flexible Faserleitung 16 in alle Richtungen umlenkbar ist, kann in Verbindung mit einem geeigneten Schlittenantrieb 7 für den Kondensor 5 bzw. 18 jedes Werkstück bei Bedarf auch dreidimensional bearbeitet werden.
Leerseite

Claims

Bearbeitungsmaschine mit einem CO2-Laser Priorität: 27. Januar 1981, Japan, Ser.Nr. 56-11069 PATENTANSPRUCHE Bearbeitungsmaschine mit einem CO2-Lasergenerator, dessen abgegebener Laserstrahl über einen Kondensor in einem Fokuspunkt konzentrierbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - der Kondensor (5; 18) mit dem C02-Lasergenerator (1) durch ein zur Übertragung von 10,6 #m-Infrarotstrahlen geeignete optische Fasern enthaltendes flexibles Kabel (3) verbunden ist, - der Kondensor durch eine Antriebsvorrichtung (7) relativ zu einer ein zu bearbeitendes Werkstück tragenden Aufnahme (6) verschiebbar gehalten ist, und daß - der CO2- Lasergenerator und die Antriebsvorrichtung mittels einer Steuereinheit (12) steuerbar sind.
2. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Aufnahme (6) für ein oder mehrere Werkstücke eine Meßvorrichtung (11) zur Ermittlung der Ausgangsenergie des Laserstrahls angeordnet ist.
3. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem flexiblen Kabel (3) zusätzliche optische Fasern (17) zur Ubertragung von Infrarotstrahlen zur Temperaturmessung an einer Bearbeitungsstelle angeordnet sind (Fig. 4, 5).
4. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Kabel (3) eine Gasleitung (15), einen Kühlgaseinlaß (24) und einen Gasstromauslaß (23) aufweist.