DE3814074A1 - Laserduesenkopf - Google Patents
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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.
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Family Applications After (1)
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