DE3814074A1 - Laserduesenkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserdüsenkopf nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Solche, zum Beispiel in Schneidgeräten eingesetzten Laser­ düsenköpfe werden an den Ausgangs-Tubus eines Laserstrahl­ generators angeschraubt. Vor dem Betrieb erfolgt eine Justie­ rung insbesondere des Linsenträgers, um den Brennpunkt des gebündelten Laserstrahls auf eine bestimmte Stelle vor dem Austrittsende des Düsenkörpers einzustellen. Die Justierung erfolgt sowohl in XY-Richtung, d.h. in einer zur Längsachse des Laserdüsenkopfs senkrecht verlaufenden Ebene, als auch in Z-Richtung, d.h. in Längsrichtung der Kopfachse.

Für Reparatur- und Wartungsarbeiten, insbesondere zur häu­ fig erforderlichen Inspektion der Linse aber auch zum Aus­ tausch verschiedener Düsenkörper-Typen müssen die bekannten ten Laserdüsenköpfe von dem Tubus abgeschraubt und zerlegt werden. Wird dann der gleiche oder ein anderer Kopf wieder an den Tubus abgeschraubt, stimmt im Regelfall die Justierung nicht mehr, so daß die zeitraubenden Justierarbeiten erneut vorgenommen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laserdüsen­ kopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, der ein rasches Lösen und Ankoppeln von bzw. an dem Tubus der Laserlichtquelle gestattet, und bei dem nicht bei jedem Ankoppeln erneut Justierarbeiten erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Anschlußring wird an den Tubus der La­ serlichtquelle angeschraubt. An das Schnellverschlußteil des Anschlußrings wird dann - gegebenenfalls unter Zwischenfü­ gung eines Schutzteils - der Linsentrager angekoppelt, und an dessen Schnellverschlußteil wiederum wird der Düsenkör­ per angekoppelt. Nachdem die Anordnung einmal justiert wor­ den ist, können die einzelnen Teile entkoppelt werden, und bei einem erneuten Ankoppeln der Teile an den Anschlußring ist in der Regel eine Nachjustierung nicht erforderlich, insbesondere ist eine Justierung in Z-Richtung nicht erfor­ derlich.

Bei dem bekannten Laserdüsenkopf war eine Neujustierung in Z-Richtung insbesondere aufgrund der Schraubverbindung zwi­ schen Z-Justierung und der Linsenfassung erforderlich. Da erfindungsgemäß der Anschlußring, nachdem er einmal mit dem Tubus verschraubt worden ist, an diesem verbleibt, und sich die einmal vorgenommene Justierung durch das zwischenzeit­ liche Lösen und erneute zusammenfügen der Schnellverschluß­ teile praktisch nicht ändert, entfallen die umfangreichen Justierarbeiten, wie sie bei den bekannten Laserdüsenköpfen erforderlich sind.

Insbesondere kann es sich bei den Schnellverschlüssen um Bajonettverschlüsse handeln. Bajonettverschlüsse sind defi­ nitionsgemäß Renkverbindungen, bei denen das Koppeln zweier Teile dadurch erfolgt, daß die beiden Teile zunächst in Axialrichtung aufeinander zu bewegt und dann gegeneinander bis zum Erreichen einer Anschlagstellung verdreht werden.

Durch den definierten Anschlag in Drehrichtung der Bajonett­ verschlußteile wird auch bei wiederholtem Auseinanderneh­ men und erneutem Zusammenbauen des Laserdüsenkopfs die Ju­ stierung nicht verändert. Zusätzlich können in den einzel­ nen Bajonettverschlüssen befindliche Blattfedern dafür sor­ gen, daß die miteinander gekoppelten Teile stets wieder die gleiche Position in Z-Richtung einnehmen.

Laserdüsenköpfe der hier in Rede stehenden Art können mit einem Schutzgas arbeiten. Dieses Schutzgas wird in den Dü­ senkörper eingeleitet. Es ist außerdem bekannt, Laserdüsen­ köpfe mit einem mechanischen Schutzteil auszustatten, wel­ ches Beschädigungen des Laserdüsenkopfs verhindern soll, wenn die Spitze des Düsenkörpers, die vorzugsweise als ka­ pazitive Abstandfühler ausgebildet ist, mit dem Werkstück in Berührung gelangt. Bei bekannten Laserdüsenköpfen be­ findet sich das Schutzteil oberhalb des Düsenkörpers. Das Schutzteil besitzt ein Lagerteil mit einer Druckfeder in einem Gehäuse. Bei Kollisionen wird der Düsenkörper unter teilweiser Zusammendrückung der Feder praktisch senkrecht zur Längsachse des Kopfs ausgelenkt. Wenn sich nun das Schutzteil im Bereich des Düsenkörpers befindet, dort, wo das Schutzgas eingeleitet wird, wirkt der erhebliche Druck des Schutzgases zusätzlich zur Federkraft, so daß das Schutzteil nur bei erheblichen auf den Düsenkörper ein­ wirkenden Kräften reagiert.

Erfindungsgemäß befindet sich ein Schutzteil zwischen dem Anschlußring und dem Linsenträger. An dieser Stelle herrscht nicht der hohe Schutzgas-Druck, da sich zwischen Düsenkör­ per und Schutzteil der Linsenträger mit der darin einge­ faßten Linse befindet. Demzufolge wirkt auf das Schutzteil lediglich der Druck der Feder, nicht jedoch der Druck des Schutzgases. Das Schutzteil reagiert mithin empflindlich bei Kollisionen zwischen Düsenkörper und Werkstück.

Da bei Kollisionen ein sofortiges Abschalten des Geräts wünschenswert ist, erfolgt eine Überwachung derart, daß das Innere des Schutzteils mit einem Prüfgas beaufschlagt wird. Bei Kollisionen wird ein Lagerteil gegen die Druckfe­ der versetzt und gibt einen Gasauslaß frei, so daß der Gas­ druck im Inneren des Schutzteils rapide abfällt. Dies läßt sich mit einem geeigneten Gerät feststellen. Bei Ansprechen des Geräts erfolgt das Abschalten des Betriebs des Lasers und der XY-Bewegung des Werkstücks bzw. des Laserdüsenkopfs.

Für Justierzwecke sind vorzugsweise in dem Linsenträger Justierschrauben für eine XY-Zentrierung des Brennpunkts vorgesehen, während für die Z-Justierung ein Stellring am Düsenkörper vorgesehen ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht von auseinandergezogen dargestellten separaten Teilen eines Laserdü­ senkopfs,

Fig. 2 eine Ansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Längsschnittansicht eines Fadenkreuzteils und

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Fadenkreuzteil nach Fig. 3.

Ein in Fig. 1 auseinandergezogen dargestellter Laserdüsen­ kopf 1 umfaßt in der Reihenfolge von oben nach unten: einen Anschlußring 2, einen Schutzteil 3, einen Linsenträ­ ger 4 und einen Düsenkörper 5.

Der Anschlußring 2 besitzt ein Innen-Schraubgewinde 21, mit dem der Anschlußring auf ein Außengewinde eines (nicht dar­ gestellten) Tubus eines Lasergenerators aufgeschraubt wird. Auf der Unterseite besitzt der Anschlußring 2 ein Bayonette­ verschluß-Unterteil 22.

Das Schutzteil 3 besitzt auf seiner Oberseite ein Bajonett­ verschluß-Oberteil 31, das mit dem Bajonettverschluß-Unter­ teil 22 des Anschlußrings 2 gekoppelt wird. Wie an sich be­ kannt, erfolgt das Koppeln dadurch, daß das Schutzteil 3 zu­ nächst axial auf den Anschlußring 2 zubewegt und dann ver­ dreht wird, bis eine definierte Anschlagstellung erreicht ist.

Auf seiner Unterseite besitzt das Schutzteil 3 ein Bajonett­ verschluß-Unterteil 32, das genauso ausgebildet ist, wie das Bajonettverschluß-Unterteil 22 des Anschlußrings 2. In einem zylindrischen Gehäuse 33 des Schutzteils 3 ist auf einem nach innen gerichteten Ringflansch ein Lagerteil 35 gelagert, wel­ ches von einer im Inneren des Gehäuses befindlichen Druckfe­ der 34 gegen den Flansch gepreßt wird. Über einen Druckgas­ anschluß 36 gelangt von einem Druckgassensor unter Druck stehendes Gas in einen Ringraum 37 im Inneren des Ringflan­ sches des Gehäuses 33.

Wenn auf das Lagerteil 35, d.h. über den angekoppelten Lin­ senträger 4 und den daran angekoppelten Düsenkörper 5 eine axial nach oben gerichtete oder eine Querkraft einwirkt, be­ wegt sich das Lagerteil 35 entgegen der Kraft der Feder 34. Dadurch entweicht Gas aus dem Ringraum 37. Der entsprechende Druckabfall wird von einem Sensor erfaßt.

Der Linsenträger 4 besitzt auf seiner Oberseite ein Bajonett­ verschluß-Oberteil 41 und auf seiner Unterseite ein Bajonett­ verschluß-Unterteil 42. Von einem Ringkörper (44) wird eine Linse 45 aufgenommen. Die Linse wird in deren Randbe­ bereich von einem Linsenklemmring 43 gegen den Ringkörper 44 gedrückt. Der Ringkörper 44 und mit ihm die Linse 45 läßt sich in der Linsen-Ebene durch Verstellen einer in Fig. 1 dargestellten Mikrometerschraube 46 und einer weiteren, in Fig. 2 dargegestellten Mikrometerschraube 48 justieren (XY- Justierung). Dabei sind den beiden Mikrometerschrauben 46 48 Gegenlager 47 bzw. 49 zugeordnet.

Wie Fig. 2 ferner zeigt, befindet sich in der Oberseite des Bajonettverschluß-Oberteils ein Indexstift 41 a. Ähn­ liche Indexstifte befinden sich auch in den anderen Ba­ jonettverschluß-Oberteilen, zum Beispiel in dem Oberteil 31 des Schutzteils 3.

An den Bajonettverschluß-Unterteil 42 wird mittels eines Bajonettverschluß-Oberteils 51 der Düsenkörper 5 gekoppelt.

Der Düsenkörper 5 besitzt ein Gehäuse 58 und eine Hülse 57, die in Bezug auf das Gehäuse 58 über ein Schraubgewinde 56 höhenverstellbar, d.h. in Z-Richtung verstellbar ist. Das Verstellen erfolgt durch Drehen eines Justierrings 55, der mit einem Innengewinde versehen ist, das an dem Gewinde 56 der Hülse 57 angreift.

Über einen Schutzgasanschluß 53 und einen parallel zur Längs­ achse des Düsenkörpers 5 verlaufenden Schutzgaskanal 54 kann dem Düsen-Austrittsende Schutzgas zugeleitet werden. Die Spitze des Düsenkörpers ist als Kupfer-Düsenspitze 59 auge­ bildet und Bestandteil eines kapazitiven Abstandsmessers.

Im zusammengebauten Zustand wird der Laserdüsenkopf von einem Laserstrahl von oben nach unten durchsetzt. Der Laserstrahl wird durch die Linse 45 fokussiert. Der Brennpunkt befindet sich in geringem Abstand unterhalb der Düsenspitze 59.

Die übrigen, oben nicht näher beschriebenen Elemente ent­ sprechen der herkömmlichen Ausgestaltung eines Laserdüsen­ kopfes. Angedeutet in Fig. 1 ist zum Beispiel ein Vorver­ stärker 7, der an dem Düsenkörper 5 befestigt ist.

Zur Erst-Justierung wird statt des in Fig. 1 dargestellten Linsenträgers 4 mit dem Anschlußring 2 bzw. dem Schutzteil 3 ein Fadenkreuzteil 6 gekoppelt, wie es in Fig. 3 und 4 dar­ gestellt ist. Das Fadenkreuzteil 6 besitzt ein Bajonettver­ schluß-Oberteil 61, das mit dem Bajonettverschluß-Unterteil 42 des Anschlußrings 2 bzw. dem Schutzteil 3 gekoppelt wird. Am Boden eines zylinderförmigen Gehäuses 62 befindet sich ein Fadenkreuz 63 mit definiertem 0-Punkt 64. Das Fadenkreuzteil ermöglicht eine einfache Einfädelung des Laserstrahls in XY- Richtung.

Nachdem die Justierung einmal vorgenommen ist, wird das Fadenkreuzteil 6 abgekoppelt und stattdessen der Linsen­ träger 4 angekoppelt. Die einzelnen Teile lassen sich rasch abnehmen und erneut zusammenkoppeln. Es können auch verschiedene Typen von Düsenkörpern angekoppelt werden, deren Länge und Form entweder an Linsen anderer Brenn­ weite, aber auch an die Werkstückgeometrie angepaßt sein kann. Es ist also nicht erforderlich, wie im Stand der Technik, für jede andere Brennweite und jede andere Düsen­ form einen separaten Schneidkopf auf Lager zu halten. Das Schutzteil 3 kann u.U. fortgelassen werden.

Claims (7)

1. Laserdüsenkopf, mit einem an dem Tubus eines La­ sergeräts befestigbaren, z.B. anschraubbaren Anschlußelement und einem Linsenträger zum Fokussieren eines aus dem Tubus austretenden Laserstrahls auf einen Punkt vor der Spitze eines dem Linsenteil nachgeordneten Düsenkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement als separater Anschlußring (2) mit einem dem Tubus abgewandten Schnellverschlußteil ausgebil­ det ist, und daß der Linsenträger (4) sowie der Düsenkörper (5) ebenfalls als separate Bauteile mit Schnellverschluß­ teilen (22, 32, 42, 31, 41, 51) ausgebildet sind, die ein einfaches Zerlegen und Wiederzusammensetzen ermöglichen.

2. Laserdüsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellverschlußteile Oberteile bzw. Unterteile von Bajonettverschlüssen (22, 31; 32, 41; 42, 51) sind.

3. Laserdüsenkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlußring (2) und den Linsenträger (4) ein Schutzteil (3) gekoppelt ist, das ein elastisches Nach­ geben von Linsenträger und Düsenkörper bei z.B. einer Kolli­ sion des Düsenkörpers mit dem Werkstück gestattet, wobei das Schutzteil (3) ein mit dem Schnellverschlußteil (32) ein­ stückig ausgebildetes Lagerteil (35) aufweist, das durch eine Druckfeder (34) gegen ein Schutzteil-Gehäuse (33) ge­ spannt ist, und das Innere des Schutzteils (3) von einem Gasdrucksensor mit einem Gas beaufschlagt wird.

4. Laserdüsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Schnellverschluß eine in Axialrichtung des Laser­ düsenkopfs wirkender Indexstift (41 a) zugeordnet ist.

5. Laserdüsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenträger (4) mit einer XY-Justiereinrichtung (46, 47, 48, 49) ausgestattet ist.

6. Laserdüsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (5) eine Z-Justiereinrichtung (55, 56) aufweist.

7. Laserdüsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Fadenkreuzteil (6), das für Justier­ zwecke anstelle des Linsenträgers (4) an das Anschlußelement (2) oder an das Schutzteil (3) koppelbar ist.