DE3202218C2

DE3202218C2 - "Bearbeitungsmaschine mit einem CO↓2↓-Laser"

Info

Publication number: DE3202218C2
Application number: DE3202218A
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: 1983-09-15
Also published as: DE3202218A1; KR830008784A; JPS57124586A; KR870001077B1; JPS5950434B2; US4443684A

Abstract

In einer CO ↓2-Laser-Bearbeitungsmaschine wird der durch einen CO ↓2-Lasergenerator (1) erzeugte Bearbeitungsstrahl durch eine in einem flexiblen Kabel (3) geführte und zur Übertragung von 10,6 μm-Infrarotstrahlen geeignete flexible optische Faserleitung zu einem diesen Strahl auf die Oberfläche eines Werkstücks (W) konzentrierenden Kondensor (5) übertragen. Der mit dem zugeordneten Ende des flexiblen Kabels (3) verbundene Kondensor (5) ist durch einen mehrdimensionalen Antrieb relativ zu dem Werkstück (W) verschiebbar geführt.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine mit einem COr Laser gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Bearbeitungsmaschine ist aus der DE-AS 21 01 325 bekannt. Ein COrLaser und der fokussierende Kondensor sind gemeinsam auf einer Antriebsvorrichtung montiert. Eine Steuervorrichtung steuert den Betrieb des Lasers und sein Verschieben auf jedem gewünschten Weg gemeinsam mit dem Kondensor.

Im Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, bei Bearbeitungsmaschinen den Laser und den Kondensor nicht gemeinsam auf der Antriebsvorrichtung zu verschieben, sondern den Laser fest anzuordnen und an diesen den auf der Antriebsvorrichtung befestigten Kondensor über eine optische Faser anzuschließen, wie dies in der DE-AS 23 21 137 beschrieben ist. Die Bearbeitungsmaschine nach der genannten Schrift weist einen weiteren Laser auf, der einen Lichtfleck auf einem Werkstück erzeugt, der nur unter einem bestimmten Winkel und innerhalb eines bestimmten Abstandes von der Fokussieroptik detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Das Vorhandensein dieses Signals ist Voraussetzung für die Inbetriebnahme des leistungsstarken Arbeitslasers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs anzugeben, die so ausgestaltet ist, daß mit ihr ein Werkstück genauer als bisher bearbeitet werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegeben. Sie besteht zum einen darin, daß eine Bearbeitungsmaschine gemäß dem Oberbegriff mit der aus der DE-AS 23 21 137 bekannten Maßnahme ausgestattet wird, daß also der schwere COrLaser fest montiert wird und nur der leichte Kondensor, mit dem Laser über eine optische Faser verbunden, durch die Antriebsvorrichtung geführt wird. Dadurch läßt sich der Kondensor erheblich genauer führen als dies möglich wäre, wenn der gesamte Laser-Kondensor-Aufbau gemeinsam geführt werden müßte. Die Faser ist durch ein flexibles Kabel geschützt Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, daß das flexible Kabel mindestens eine weitere optische Faser enthält, die optisch auf die Bearbeitungsstelle ausgerichtet ist und Infrarotstrahlen auf einen Temperatursensor überträgt. Mit dem Ausgangswert des Temperatursensors kann z. B. der COrLaser geregelt werden oder die Temperatur kann von einer Bedienperson überwacht werden und der Bearbeitungsvorgang unterbrochen werden, wenn sich die Temperatur nicht mehr in vorgegebenen Grenzen hält. Durch diese Maßnahmen läßt sich insgesamt ein erheblich genaueres Beargeitungsergebnis erzielen, als cLes mit bisherigen Bearbeitungsmaschinen möglich war.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist eine erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine eine Meßvorrichtung zur Ermittlung der Ausgangsenergie des Laserstrahls auf. Dadurch kann die Ausgangsenergie des Laserstrahls schon vor Aufnahme des Bearbeitungsvorgangs eingestellt werden, so daß die Einstellung der Energie nicht ausschließlich über die im vorigen Absatz angegebene Temperaturmessung erfolgt, sondern daß schon eine diese Temperaturmessung unterstützende Voreinstellung erfolgt

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die der Werkzeugaufnahme zugewandte Kondensorlinse durch ein Kühlgas gekühlt und sauber gehalten wird. Dadurch wird die Temperaturmessung durch die zusätzliche optische Faser nicht durch Eigenschaftsänderungen der Kondensorlinse negativ beeinflußt.

Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezug auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte Frontansicht eines Ausführungsbeispiels einer CO₂- Laser- Bearbeitungsmaschine,

Fig.2 ein schematisches Blockschaltbild zu der Maschine von Fig. 1,

F i g. 3 eine Perspektivansicht eines Kondensorantriebs der Maschine von Fig. 1, und

F i g. 4 und 5 Längsschnittdarstellungen eines flexiblen Kabels für ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte CO₂-Laser-Bearbeitungsmaschine enthält einen CO₂- Lasererreger 1 mit eingebautem Verschluß 2 und einem Strahlauslaß 4, von dem der erzeugte Laserstrahl durch in einem flexiblen Kabel 3 gefaßte und zum Übertragen von 10,6 - m-lnfrarotstrahlung 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 eine Meßvorrichtung 11 mit einem z.B. als Thermosäule, pyroelektrisches Element od. dgl. ausgebildeten Detektor zur Ermittlung der A'isgangsenergie des Laserstrahls angeordnet Der COj-Lasererreger t und der Schlittenantrieb 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 COrLasererreger 1 aktiviert, der von diesem durch das flexible Kabel 3 abgegebene 10,6 μΐπ-ί35εΓ5ΐ>-3ΐιΙ in der Meßvorrichtung 11 auf die für di; vorgesehene Bearbeitung richtige Energie übei prüft und gegebenenfalls die Energie nachjustiert.

Danach \vird zur Durchführung der Bearbeitung an einem oder mehreren Werkstücken W der Verschluß 2 durch Steuersignaie aus der Steuereinheit so geöffnet und geschlossen, wie es beispielsweise für die Herstellung eines Gravierbearbeitungsmusters erforciüriich 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 Wabgegebenen Laserstrahl werden Abschnitt der Werkstückoberfläche herausgebrannt oder thermisch verformt

Das in F i g. 4 und 5 dargestellte flexible Kabe¹3 eines anderen Ausführungsbeispieis enthält außer einer optischen Faserleitung 16 zum Übertragen von ΙΟ,δμΓη-ΙηΓΓβΓοΙβίΓβΓίΙεπ 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 Strahlenenergie 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 Glasleitung 15 versehen, durch welche die Faserleitung 16 durch Luft oder ein anderes inertes Gas gekühlt und so unter einer kritischen Grenztempe-

Hi ratur, 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 von F i g. 4 und 5 erfolgt die Messung der Temperatur an der Bearbeitungsstelle dagegen mittels Infrarotstrahlen, die durch die auch für den Bearbeitungsstrahl benutzte

2» Kondensorlinse 18 und weiter durch die zweite Faserleitun? 17 zu einem am inneren Ende des flexiblen Kabels 3 angeordneten Temperatursensor 19 übertragen werden.

Bei dieser Ausführung umfaßt das flexible Kabel

2> ferner einen Faserleiterhalter 20, einen Linsenhalter 21, eine Luftöffnung 22, einen Luftauslaßstutzen 23 und einen Li.'fteinlaßstuizen 24.

Entsprechend ausgebildete (Xh-Laser-Bcarbeitungsmaschinen sind nicht nur 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

Jj 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bearbeitungsmaschine mit einem CO₂-Laser (1) und mit

— einer Aufnahme (6) zum Aufnehmen eines Werkstücks oder mehrerer Werkstücke,

- einem Kondensor (5, 18), durch den der abgegebene Laser-Strahl auf das Werkstück fokussierbar ist,

- einer den Kondensor haltenden Antriebsvorrichtung (7), die relativ zu der Aufnahme (6) bewegbar ist, und

- einer Steuereinheit (12) zum Steuern des CO2-Lasers und der Antriebsvorrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß

— der Kondensor (5, 18) mit dem CO^Laser (1) durch ein zur Übertragung von 10,6 μπι-Infrarotstrahlen geeignete optische Fasern (16) enthaltendes flexibles Kabel verbunden ist und

— in dsm flexiblen Kabel zumindest eine auf die BeafbeitungssteUe optisch ausgerichtete zusätzliche Faser (17) zur Übertragung von Infrarotstrahlen auf einen Temperatursensor (19) zur Temperaturmessung an einer Bearbeitungsstel-Ie angeordnet ist

2. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Aufnahme (6) eine Meßvorrichtung (11) zur Ermittlung der Ausgangsenergie des fokussierter. Strahls des Lasers (1) angeordnet ist.

3. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Kabel (3) einen abgewandt vom R-jndensorende liegenden Kühlgaseinlaß (24) und einen Gasstromauslaß (23) an der der Aufnahme (6) zuj. ^wandten Kondensorlinse (18) aufweist.