DE3638874A1 - Schutzvorrichtung fuer ein kohlendioxyd-lasergeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für ein Koh­ lendioxyd-Lasergerät, beispielsweise ein Schneidgerät.

Bei derartigen Geräten besteht ein zwingendes Erfordernis darin, daß der Laserstrahl innerhalb eines bestimmten Raumes oder Arbeitsfeldes eingeschlossen werden muß.

Zu diesem Zweck sind Geräte, die mit einem Laserstrahl arbeiten, üblicherweise mit einer Schutzvorrichtung ver­ sehen, die durch einen Käfig oder einen Schutzkasten aus einem für die jeweilige Laserstrahlung undurchdringlichen Material gebildet wird, der einen bestimmten Arbeitsraum oder ein Arbeitsfeld in der Umgebung eines Werkstückhalters oder Werkstücktisches vollständig einschließt.

Damit das Bedienungspersonal die korrekte Durchführung der an dem Werkstück durchzuführenden Bearbeitungsschritte von außen überwachen kann, muß der Schutzkasten mit einem oder mehreren Beobachtungsfenstern versehen sein. Wenn als Laser ein CO₂-Laser verwendet wird, so werden die Beobachtungsfenster normalerweise durch einen durchsich­ tigen Körper aus einer Schicht aus PLEXIGLAS gebildet, das für die von einer Laser-Quelle diess Typs abgegebene Strahlung undurchdringlich ist.

Herkömmliche Beobachtungsfenster der oben genannten Art haben den Nachteil, daß sie dem direkten Strahlungseinfall des Laserstrahls, beispielsweise eines Schneidlasers mit relativ hoher Leistung nur für eine verhältnismäßig kurze Zeit standhalten. Wenn ein Laserstrahl direkt auf PLEXIGLAS auftrifft, so wird der Laserstrahl zwar durch das Material absorbiert, doch führt die von der Laserstrahlung abgegebene Strahlungswärme dazu, daß das Material schnell verdampft.

Es besteht daher die Gefahr, daß eine Bedienungsperson, die sich vor dem Beobachtungsfenster unmittelbar im Strahlengang des Laserstrahls befindet, nicht rechtzeitig erkennt, daß die Plexiglasscheibe durchbrennt, und daher von dem Laserstrahl getroffen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvor­ richtung für Lasergeräte der oben beschriebenen Art zu schaffen, die einen erhöhten Schutz gegen den unerwarteten Austritt des Laserstrahls aus dem Beobachtungsfenster bietet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Patent­ anspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schutzvor­ richtung;

Fig. 2 eine Detail-Seitenansicht wesent­ licher Teile der Vorrichtung gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 weist ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Schneidgerät einen CO₂-Laser 2 auf. Einer der Schneid­ köpfe 3 ist ausrichtbar und derart angeordnet, daß er einem Werkstücktisch 4 zugewandt ist, der ein Werkstück 5 trägt.

Der Laser 2 und der Werkstücktisch 4 sind in einer Zelle oder einem Schutzkasten 6 angeordnet, dessen Wände aus einem für die Strahlung des Lasers 2 undurchdringlichen Material hergestellt sind. Der Schutzkasten 6 begrenzt eine Arbeitszone 7, in der ein von dem Schneidkopf 3 ausgesandter Laserstrahl 8 eingeschlossen ist.

In den Wänden des Schutzkastens 6 ist wenigstens ein Beob­ achtungsfenster 9 ausgebildet, das einen im wesentlichen rechteckigen Rahmen 10 und einen den Rahmen ausfüllenden durchsichtigen Körper 11 aufweist.

Gemäß Fig. 3 weist der durchsichtige Körper 11 eine der Arbeitszone 7 zugewandte Innenschicht 12 und eine Außenschicht 13 auf. Die beiden Schichten liegen über­ einander und stehen miteinander in Berührung.

Die Außenschicht 13 ist wahlweise "rauchfarbig" getönt oder klar. Im letzteren Fall kann an der Außenseite der Außenschicht 13 zusätzlich eine nicht gezeigte getönte Schicht vorgesehen sein.

Der durchsichtige Körper 11 enthält ferner einen elektri­ schen Leiter 14, der zwischen den beiden Schichten 12 und 13 eingefügt ist. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Aus­ führungsbeispiel ist der elektrische Leiter 14 in einer Nut 15 untergebracht, die in der der Schicht 13 zuge­ wandten Oberfläche 16 der Schicht 12 ausgebildet ist. In einer nicht gezeigten Abwandlung des beschriebenen Aus­ führungsbeispiels kann der Leiter 14 auch xerografisch auf die Oberfläche 16 aufgebracht sein.

Der elektrische Leiter 14 ist Teil einer Sicherheits­ schaltung 17, durch die sich verhindern läßt, daß der Laserstrahl 8 aus irgendeinem Grund länger als eine vorgegebene Zeitspanne auf den durchsichtigen Körper 11 gerichtet bleibt.

Bei nicht gezeigten Abwandlungen des Ausführungsbeispiels umfaßt die Sicherheitsschaltung 17 einen Steuerblock, der beispielsweise die Änderungen des Widerstands des Leiters 14 infolge einer Erhöhung der Temperatur durch direkten Einfall des Laserstrahls 8 auf den durchsichti­ gen Körper 11 mißt und ein akustisches Signal und/oder ein Lichtsignal erzeugt, durch das der Benutzer recht­ zeitig vor der drohenden Gefahr gewarnt wird.

Vorzugsweise enthält die Sicherheitsschaltung 17 jedoch einen Steuerblock 18, der in der in Fig. 1 gezeigten Weise mit dem Leiter 14 verbunden ist und der unmittel­ bar über den Leiter 14 das direkte Auftreffen des Laserstrahls 8 auf den durchsichtigen Körper 11 abtastet und mit Hilfe einer normalerweise geschlossenen Schalter­ einheit 19 die Energieversorgung des Lasers 2 abschaltet.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Situation, in der der Laserstrahl 8 für längere Zeit auf den durchsichtigen Körper auftrifft, mit Hilfe der Steuer­ einheit 18 anhand des Durchschmelzens des Leiters 14 festgestellt. Der Leiter 14 ist aus einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise einer Zinnlegierung hergestellt und ist in Form einer sinusförmigen oder schlangenförmigen Schleife 20 derart zwischen den Schichten 12 und 13 angeordnet, daß die Windungen 21 der Schleife 20 sich im wesentlichen über die gesamte Oberfläche des durchsichtigen Körpers 11 erstrecken. Der Abstand zwischen den Bindungen ist derart gewählt, daß der auf den durchsichtigen Körper 11 gerichtete Laser­ strahl 8 in jedem Fall eine der Windungen 21 trifft.

Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Windungen 21, d.h., die Ganghöhe der schlangenlinienförmigen Schleife 20 ist derart berechnet, daß er einerseits kleiner ist als der Durchmesser des Strahls im nichtfokussierten Zustand und andererseits kleiner ist als der Durchmesser des defokussierten, divergierend von einem Brennpunkt ausgehende Laserstrahl 8 in der Auftreffzone des Laser­ strahls auf den durchsichtigen Körper 11 ist. Vorzugsweise beträgt die genannte Ganghöhe zwischen einem Drittel und der Hälfte des kleineren der beiden oben erwähnten Durchmesser.

Wenn der Schneidkopf 3 im Betrieb zufällig in Richtung auf den durchsichtigen Körper 11 gedreht wird, so führt daher das Auftreffen des Laserstrahls 8 auf den durch­ sichtigen Körper 11 nach einer gewissen Zeit zu einer Durchlöcherung der Innenschicht 12 und zur Unterbrechung des Leiters 14, jedoch nicht zur Durchlöcherung der Außen­ schicht 13, da der Laser 2 beim Durchschmelzen des Leiters 14 abgeschaltet wird.

Claims (10)

1. Schutzvorrichtung für ein Kohlendioxyd-Lasergerät, durch die der Austritt des Laserstrahls aus einer begrenzten Arbeitszone verhindert wird, mit wenigstens einem durch einen durchsichtigen Körper verschlossenen Beobachtungs­ fenster, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige Körper wenigstens eine der Arbeitszone zu­ gewandte innere Schicht (12) und eine die innere Schicht (12) überdeckende äußere Schicht (13) aus PLEXIGLAS sowie einen zwischen den beiden Schichten (12, 13) eingefügten elektrischen Leiter (14) aufweist, der Teil einer Sicher­ heitsschaltung (17) zur Steuerung der Laser-Quelle (2) ist.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leiter (14) mit der inneren Schicht (12) verbunden ist.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innere Schicht (12) auf ihrer der äußeren Schicht (13) zugewandten Oberfläche (16) eine Nut zur Aufnahme des Leiters (14) aufweist.

4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (14) xero­ grafisch auf eine der äußeren Schicht (13) zugewandte Oberfläche (16) der inneren Schicht (12) aufgebracht ist.

5. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht (13) getönt ist.

6. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (14) aus einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt ist.

7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leiter (14) die Form einer schlangenförmigen Schleife (20) aufweist, die sich im wesentlichen über die gesamte Oberfläche des Beobachtungs­ fensters erstreckt.

8. Schutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sicherheitsschaltung (17) eine Schaltung zur Steuerung der Energieversorgung für die Laser-Quelle (2) ist.

9. Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand der parallelen Leiter­ bahnenabschnitte der schlangenförmigen Schleife (20) kleiner als der Durchmesser des Strahls im nichtfokus­ sierten Zustand und kleiner als der Durchmesser des defokussierten Strahls an der Auftreffstelle des Strahls auf das Beobachtungsfenster ist.

10. Schutzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand der parallelen Leiter­ bahnenabschnitte der schlagenförmigen Schleife (20) zwischen der Hälfte und einem Drittel des kleineren der beiden Durchmesser des nichtfokussierten Strahls bzw. des defokussierten Strahls beträgt.