DE4217292C2 - Düse zur Bearbeitung eines Werkstücks - Google Patents

Düse zur Bearbeitung eines Werkstücks

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Description

Die Erfindung betrifft eine Düse zur Bearbeitung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Düse ist bereits aus JP 3-165989A in "Patents Abstracts of Japan", 1991, Vol. 15/No. 404, Sec. M-1168 bekannt. Die bekannte Düse enthält einen Düsenkörper aus elektrisch leitendem Material, der einen Hohlkanal zum Durchtritt eines Laserstrahls aufweist, und eine den Hohlkanal im Abstand umgebende Ringelektrode im Spitzenbereich des Düsenkörpers, die ein Sensorsignal empfängt, während der Düsenkörper ein aktives Schirmpotential emp­ fängt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Düse der eingangs genann­ ten Art so weiterzubilden, daß eine mit ihr durchgeführte Abstandsmes­ sung weniger von äußeren Werkstückstrukturen beeinflußt wird, die Ringelektrode besser gekühlt werden kann und die Düse selbst einen ein­ facheren Aufbau aufweist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Düse nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Düsen­ körper an seiner dem Werkstück zugewandten Stirnseite eine ringförmige, den Hohlkanal umgebende Ausnehmung aufweist, die Ringelektrode fest in die Ausnehmung eingesetzt ist, und das aktive Schirmpotential durch Führung des Sensorpotentials über einen Verstärker erzeugbar ist.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Ringelektrode eine Oberflächenbeschichtung aus elektrisch isolierendem Material tragen. Dabei kann die Oberflächenbeschichtung eine Teflon- oder Keramikbe­ schichtung sein.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich im Düsenkörper ein Kanal zur Aufnahme einer elektrischen Leitung, über die das Sensorpotential der Ringelektrode zugeführt wird.
Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düse mit ringförmiger Sensorelektrode.
Die Laserbearbeitungsdüse 1 weist einen Düsenkörper 6 mit Hohlkanal 7 auf, durch den entlang der Zentralachse 8 ein Laserstrahl 9 hindurchläuft. Der Düsenkörper 6 besteht aus elektrisch leitendem Mate­ rial, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium. Er kann aber auch aus Kupfer hergestellt sein.
An seiner dem Werkstück zugewandten Seite ist der Düsenkörper 6 flä­ chenhaft ausgebildet. Er weist dort eine ringförmige Ausnehmung zur Auf­ nahme einer Ringelektrode 13 auf. Die Ringelektrode 13 kann ebenfalls aus Kupfer bestehen und ist gegenüber dem Düsenkörper 6 elektrisch iso­ liert, beispielsweise durch eine geeignete Oberflächenbeschichtung aus elektrisch isolierendem Material, wie etwa Teflon, Keramikmaterial, und dergleichen. Diese Ringelektrode 13 ist fest in die Stirnseite des Düsenkör­ pers 6 eingesetzt und dient zur Messung des Abstands zwischen der Spitze des Düsenkörpers 6 und dem Werkstück auf kapazitivem Wege. Hierzu wird an die Ringelektrode 13 ein Sensorpotential angelegt, und zwar über eine elektrische Leitung 14, die mit der Ringelektrode 13 verbunden ist und durch einen Kanal 15 im Düsenkörper 6 hindurchläuft. An den Dü­ senkörper 6 wird aktives Schirmpotential angelegt. Das dadurch erhalten wird, daß das Sensorpotential über einen Verstärker mit geeignetem Ver­ stärkungsgrad geführt wird, wobei dieser Verstärkungsgrad z. B. 1 sein kann.
Beim Laserschweißen mit Hilfe der Laserbearbeitungsdüse 1 entsteht zwischen der Stirnfläche des Düsenkörpers 6 und der Schweiß­ naht 4 ein Plasma P, das eine unmittelbare Messung des Abstands auf kapazitivem Wege im Schweißbereich nicht zuläßt. Ein derartiges Plasma kann ggf. auch beim Laserschneiden entstehen. Infolge der Ringelektrode 13 wird die Meßkapazität jedoch um das Plasma P bzw. den Schweiß- oder Schneidbereich herumgelegt, so daß elektrische Feldlinien 16 zwischen der Ringelektrode 13 und dem Werkstück bzw. den Werkstückteilen 2 und 3 das Plasma P zylinderwandartig umgeben. Die elektrischen Feldlinien 16 verlaufen hier praktisch zwischen zwei parallel zueinander liegenden Flä­ chen. Die Werkstückteile 2 und 3 sind über einen Anschluß 5 geerdet.
Beim Ausführungsbeispiel befindet sich der unmittelbar oberhalb des Plasmas P liegende Bereich des Düsenkörpers 6 auf aktivem Schirmpotential, so daß auf diese Weise der Bereich des Plasmas P bei der Abstandsmessung ausgeblendet bzw. ausgespart wird. Da außerdem noch ein aktiver Schirmbereich 6a die Ringelektrode 13 außen umgibt, kann die kapazitive Abstandsmessung auch relativ unbeeinflußt von Halteelemen­ ten 17 durchgeführt werden, die zum Fixieren der Werkstückteile 2 und 3 dienen und z. B. ebenfalls aus elektrisch leitendem Material bestehen kön­ nen. Bei Draufsicht auf die Stirnseite des Düsenkörpers 6 liegt also zen­ trisch der Kanal 7 für den Laserstrahl 9, wobei der Kanal 7 von innen nach außen von einer Schirmelektrode, der Ringelektrode 13 und der weiteren Schirmelektrode 6a umgeben ist. Die zuerst genannte Schirmelektrode und die Schirmelektrode 6a werden durch den Düsenkörper 6 gebildet und liegen auf aktivem Schirmpotential.

Claims (4)

1. Düse zur Bearbeitung eines Werkstücks, mit
  • - einem Düsenkörper (6) aus elektrisch leitendem Material, der einen Hohlkanal (7) zum Durchtritt eines Laserstrahls (9) aufweist, und
  • - einer den Hohlkanal (7) im Abstand umgebenden Ringelektrode (13) im Spitzenbereich des Düsenkörpers (6), die ein Sensorpotential empfängt, während der Düsenkörper (6) ein aktives Schirmpotential emp­ fängt, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Düsenkörper (6) an seiner dem Werkstück zugewandten Stirnsei­ te eine ringförmige, den Hohlkanal (7) umgebende Ausnehmung aufweist,
  • - die Ringelektrode (13) fest in die Ausnehmung eingesetzt ist, und
  • - das aktive Schirmpotential durch Führung des Sensorpotentials über einen Verstärker erzeugbar ist.
2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelek­ trode (13) eine Oberflächenbeschichtung aus elektrisch isolierendem Ma­ terial trägt.
3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflä­ chenbeschichtung eine Teflon- oder Keramikbeschichtung ist.
4. Düse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Düsenkörper (6) ein Kanal (15) zur Aufname einer elektrischen Leitung (14) befindet, über die das Sensorpotential der Ringelektrode (13) zuge­ führt wird.
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