DE3638874C2 - Schutzvorrichtung für ein Laserbearbeitungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für ein Laserbearbeitungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Laserbearbeitungsgeräten, beispielsweise bei Schneidgeräten, besteht ein zwingendes Erfordernis, den Laserstrahl innerhalb einer bestimmten Arbeitszone einzuschließen.

Zu diesem Zweck sind Geräte, die mit einem Laserstrahl arbeiten, üblicher­ weise mit einer Schutzvorrichtung versehen, die durch einen Käfig oder einen Schutzkasten aus einem für die jeweilige Laserstrahlung undurchdring­ lichen Material gebildet wird, der die Arbeitszone in der Umgebung eines Werkstückhalters oder Werkstücktisches vollständig einschließt.

Damit das Bedienungspersonal die korrekte Durchführung der an dem Werk­ stück durchzuführenden Bearbeitungsschritte von außen überwachen kann, muß der Schutzkasten mit einem oder mehreren Beobachtungsfenstern ver­ sehen sein, deren Schutzscheibe aus einem im Bereich sichtbaren Lichtes durchsichtigen, jedoch für die Strahlung des Lasers undurchdringlichen Ma­ terial besteht. Als Beispiel für ein solches Beobachtungsfenster wird in der Veröffentlichung von E.A. Cox "Laser Safety in Perspective" in: Proc. of the 2. Int. Conf. on Lasers in Manufacturing, 26. bis 28. März 1985. Birmingham, U.K., Seiten 225 bis 232, ein Beobachtungsfenster mit einer Schutzscheibe aus Polycarbonat beschrieben. Sofern es sich bei der Laserquelle um einen CO₂-Laser handelt, werden für die Beobachtungsfenster auch Schutzscheiben aus Polymethyl-Methacrylat eingesetzt.

Herkömmliche Beobachtungsfenster der oben genannten Art haben den Nachteil, daß sie dem direkten Strahlungseinfall des Laserstrahls, beispiels­ weise eines Schneidlasers mit relativ hoher Leistung, nur für eine verhältnismäßig kurze Zeit standhalten. Wenn der Strahl eines CO₂-Lasers direkt auf Polymethyl-Methacrylat auftrifft, so wird der Laserstrahl zwar durch das Ma­ terial absorbiert, doch führt die von der Laserstrahlung abgegebene Strah­ lungswärme 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 Schutzscheibe durchbrennt, und daher von dem Laserstrahl getroffen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Bedienungspersonal von Laser­ bearbeitungsgeräten wirksamer gegen den unerwarteten Austritt des Laser­ strahls aus dem Beobachtungsfenster zu schützen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schutzvorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprü­ chen angegeben.

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

Es zeigen.

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Laserbearbeitungsgerätes mit einer Schutzvorrichtung;

Fig. 2 eine Detail-Seitenansicht wesentlicher Teile der Schutzvorrich­ tung; 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 eine den Rahmen ausfüllende Schutzscheibe 11 aufweist.

Gemäß Fig. 3 weist die Schutzscheibe 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.

Die Schutzscheibe 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 die Schutzscheibe 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 die Schutzscheibe 11 mißt und ein akustisches Signal und/oder ein Lichtsignal erzeugt, durch das die 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 die Schutzscheibe 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 die Schutzscheibe 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 der Schutzscheibe 11 erstrecken. Der Abstand zwischen den Windungen ist derart gewählt, daß der auf die Schutzscheibe 11 gerichtete Laser­ strahl 8 in jedem Fall eine der Windungen 21 trifft.

Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden 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 die Schutzscheibe 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 die Schutzscheibe 11 gedreht wird, so führt daher das Auftreffen des Laserstrahls 8 auf die Schutzscheibe 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 (11)

1. Schutzvorrichtung für ein Laserbearbeitungsgerät, durch die der Austritt des Laserstrahls aus einer begrenzten Arbeitszone verhindert wird, mit einem Beobachtungsfenster, das mit einer Schutzscheibe versehen ist, deren Mate­ rial zumindest in einem Teil des sichtbaren Lichtspektrums durchsichtig, je­ doch für die Strahlung des Lasers undurchlässig ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schutzscheibe zwei Schichten (12, 13) aufweist, von denen zu­ mindest die Schicht (13), die die äußere Schicht in Bezug auf die Arbeitszone bildet, aus dem Material besteht, das zumindest in einem Teil des sichtbaren Lichtspektrums durchsichtig und für die Strahlung des Lasers undurchlässig ist, und daß zwischen den beiden Schichten (12, 13) ein elektrischer Leiter (14) eingefügt ist, der mit einer Sicherheitsschaltung (17) zur Steuerung der Laserquelle (2) verbunden ist.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Bearbeitungsgerät mit einer CO₂-Laserquelle das Material der äußeren Schicht Polymethyl-Methacrylat ist.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material getönt ist.

4. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leiter (14) aus einem Material mit niedrigem Schmelz­ punkt hergestellt ist.

5. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leiter (14) die Form einer schlangenförmigen Schleife (20) aufweist, die sich im wesentlichen über die gesamte Oberfläche des Be­ obachtungsfensters erstreckt.

6. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Leiter (14) an der in Bezug auf die Arbeitszone des Bearbeitungsgerätes inneren Schicht (12) angebracht ist.

7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (12) auf ihrer der äußeren Schicht (13) zugewandten Oberflä­ che (16) eine Nut zur Aufnahme des Leiters (14) aufweist.

8. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (14) xerographisch auf eine der äußeren Schicht (13) zugewandte Oberfläche (16) der inneren Schicht (12) aufgebracht ist.

9. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sicherheitsschaltung eine Schaltung zur Steuerung der Energieversorgung für die Laserquelle (2) ist.

10. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand der parallelen Leiterbahnabschnitte der schlan­ genförmigen Schleife (20) kleiner als der Durchmesser des Strahls im nicht­ fokussierten Zustand und kleiner als der Durchmesser des defokussierten Strahls an der Auftreffstelle des Strahls auf das Beobachtungsfenster ist.

11. Schutzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der parallelen Leiterbahnabschnitte der schlagenförmigen Schleife (20) zwischen der Hälfte und einem Drittel des kleineren der beiden Durch­ messer des nichtfokussierten Strahls bzw. des defokussierten Strahls beträgt.