DE4401697A1 - Vorrichtung zum Härten von Langgut mit Hochenergiestrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Härten von Langgut mit Hochenergiestrahlung, insbesondere Laserstrah­ lung, mit einem zum Langgut relativbewegten, die Strahlung ab­ gebenden Bearbeitungskopf.

Bei der Auswahl eines Werkstoffs für ein Bauteil ist es technisch und wirtschaftlich nicht immer möglich, das gesamte Bauteil aus einem solchen Werkstoff zu fertigen, der den Ver­ schleißanforderungen ohne Nachbearbeitung gerecht wird. In die­ sen Fällen ist es sinnvoll, Verschleißstellen zu härten, um ei­ ne verschleißbeständige Oberfläche zu schaffen. Beispielsweise werden Rechteckrohre mit gehärteten Kantenbereichen versehen, damit sie im Anlagenbau als Querarme, Standsäulen, Schienen und Führungselemente eingesetzt werden können, die im Kantenbereich besonders verschleißfest sein müssen. Die bei den Rohren vorzu­ nehmende Härtung ist häufig eine Randschichthärtung, die in Be­ zug auf die Breite des Werkstücks und auf dessen Dicke eng be­ grenzte Härtzonen hat. Für derartige Randschichthärtungen von Rohren werden Induktionsanlagen eingesetzt und es ist auch be­ kannt, das Randschichthärten mit Laserstrahlung durchzuführen.

Bei den bekannten Verfahren wird die Härtstrategie in der Regel dem Maschinenbediener überlassen, der sich an Erfahrungswerte hält, die entsprechend der Geometrie des Werkstücks, dessen Werkstoff und der Behandlungsvorgeschichte ausgewählt werden. Es kommt daher verhältnismäßig häufig vor, daß eine falsche Härtstrategie ausgewählt wird, so daß große Verzüge auftreten. Diese können sich aus Biegungen in zwei Ebenen, aus Torsionen und aus Querschnittswölbungen zusammensetzen. Durch den beim Härten entstehenden Verzug kann die Form des Bauteils so verän­ dert werden, daß die vorgegebenen Abmessungstoleranzen über­ schritten werden. In solchen Fällen müßten Nachbearbeitungen durch kostenintensives Richten oder durch anschließende spa­ nende Nachbearbeitung erfolgen. Letzteres ändert jedoch die Wandstärke und damit die Belastbarkeit des Bauteils über dessen Länge.

Es ist daher sinnvoll, Bearbeitungsabläufe beim Härten zu automatisieren. Dabei ist von Bedeutung, daß für unterschiedli­ ches Langgut stark unterschiedliche Abstände zwischen dem Bear­ beitungskopf der Härtmaschine und der Werkstückoberfläche auf­ treten. Das ist abhängig von der Breite der Härtsspuren und der Geometrie der zu härtenden Bauteile. Eine Vorrichtung zum Här­ ten von Langgut sollte daher so ausgebildet werden, daß der Ab­ stand des Bearbeitungskopfs von der Oberfläche des Langguts einstellbar und nachregelbar ist. Dann lassen sich auch Ab­ standsänderungen nachregeln, die sich aufgrund von Verzug des Langguts ergeben.

Die vom Bearbeitungskopf abgegebene Strahlung, insbeson­ dere die von CO₂-Lasern emittierte Infrarotstrahlung, wird von mehr oder weniger blanken metallischen Werkstoffen zu einem sehr großen Teil reflektiert. Die Reflexion hat den Nachteil, daß der Bearbeitungskopf und in diesem vor allem die Spiegel erheblichen thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Die ther­ mische Belastung des Bearbeitungskopfs hängt wiederum auch von seinem Abstand zur Werkstückoberfläche ab. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, den Bearbeitungskopf und insbesondere die Spiegel vor übermäßigen thermischen Belastungen zu schüt­ zen. Das gelingt in einem erheblichen Maße bereits dadurch, daß der Reflexionsgrad des Werkstücks verringert wird. Hierzu sind auf die zu härtende Oberfläche aufzubringende absorptionserhö­ hende Schichten bekannt. Insbesondere erfolgt eine Berußung als besonderer Bearbeitungsschritt, bei dem Acetylen rußend ver­ brannt wird. Die Laserstrahlung wird über die absorptionsstei­ gernde Rußschicht zu einem wesentlich größeren Prozentsatz ein­ gekoppelt und die Erwärmung des Bearbeitungskopfs sinkt ent­ sprechend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß sie zur on-line Bearbeitung geeignet ist, ohne daß ihr Bearbei­ tungskopf durch thermische Überlastung gefährdet ist, also zur Erhöhung der Absorption der Laserstrahlung und zu einer Minde­ rung der Reflexionsbelastung.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Bearbeitungs­ kopf eine der Strahlung relativ vorgeordnete, einer Berußung der Härtspur dienende Gasdüse und einen relativ nachgeordneten Abstandssensor aufweist.

Demgemäß ist der Bearbeitungskopf mit einer Gasdüse und einem Abstandssensor zusammengebaut. Die Gasdüse kann on-line betrieben werden, so daß die Härtspur mit Sicherheit berußt ist. Ungleichmäßigkeiten der Berußung entfallen, z. B. infolge unbeabsichtigter Berührung der Rußschicht während des Trans­ ports von einer Berußungsanlage zur Härtvorrichtung. Die Vor­ ordnung der Gasdüse vor die die Härtung bewirkende Energie­ strahlung kann so erfolgen, daß ein genügender Abstand zwischen der von der Gasdüse erzeugten Rußflamme und der Strahlung ist, so daß letztere nicht ungewollt und nicht in unterschiedlichem Ausmaß während des Härtvorgangs beeinflußt werden kann. Des weiteren ist der Bearbeitungskopf mit einem Abstandssensor ver­ sehen und kann infolgedessen auf den jeweils gewünschten Ab­ stand vom Langgut ausgeregelt werden. Das gilt auch für den Fall des Verzugs des Langguts infolge des Härtens. Dabei ist von Bedeutung, daß die Abstandsmessung nicht gleichachsig mit der Laserstrahlung erfolgt, also in dem gerade in Bearbeitung befindlichen Oberflächenbereich des Langguts. Die Messung er­ folgt vielmehr mit einem nachlaufenden Abstandssensor, der also in Vorschubrichtung hinter der jeweils gerade bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks mißt. Das gewährleistet zum einen eine verminderte Belastung durch von der Werkstückoberfläche reflektierte Strahlung und durch die vom Langgut abgegebene Wärmestrahlung, vor allem aber ermöglicht es die Messung auf einer Oberfläche des Langguts, die infolge des Härtungsvorgangs von Ruß befreit ist. Es erfolgt eine Abstandsmessung auf metal­ lisch blanker oder bereits gehärteter Oberfläche, so daß Meß­ fehler vermieden werden bzw. Abstandssensoren mit relativ ge­ ringer Ansprechempfindlichkeit eingesetzt werden können. Bei der vorbeschriebenen Vorrichtung zum Härten von Langgut können insbesondere auch konventionelle optische Abstandssensoren ein­ gesetzt werden, die bewährt sind und geringe Herstellungskosten aufweisen.

Die Vorrichtung wird im vorbeschriebenen Sinne weiterge­ bildet und ist insbesondere für schmale Härtspuren geeignet, wenn die Gasdüse und der Abstandssensor bezüglich der Strahlung einander diametral gegenüber angeordnet sind. Es ergibt sich eine Vorrichtung mit in relativer Vorschubrichtung schmalem Be­ arbeitungsprofil.

Es ist vorteilhaft, die Vorrichtung so auszubilden, daß die Gasdüse mit einem quer zur Relativbewegungsrichtung ange­ ordneten Bohrungsraster versehen ist, und daß die Gasdüse im Sinne einer von der Strahlung wegweisenden Flamme ausgebildet ist. Mit Hilfe des Bohrungsrasters wird bei einem unterstöchio­ metrisch verbrennenden Acetylen-Sauerstoff-Gasgemisch eine ho­ mogene Rußschicht erzeugt, deren Breite der Breite der Härtspur mindestens entspricht. Die Bohrungsdurchmesser können anforde­ rungsgemäß dimensioniert werden und liegen beispielsweise im Millimeterbereich. Des weiteren sind die Bohrungen so ange­ bracht und/oder so ausgebildet, daß die mit der Gasdüse er­ zeugte Flamme von der Strahlung wegweist.

Es ist vorteilhaft, wenn der Abstandssensor in Meßrichtung verstellbar ist. Infolge der Verstellbarkeit der Abstandssenso­ ren ist es möglich, Sensoren mit geringem Meßbereich einzuset­ zen, die jedoch eine hohe Auflösung haben und entsprechend ge­ nau sind. Die Verstellbarkeit der Abstandssensoren in Strah­ lungsrichtung erlaubt es, solche hochauflösenden Sensoren auch dann anzuwenden, wenn die Langgutgeometrien einerseits ver­ gleichsweise kleine und andererseits vergleichsweise große Ab­ stände des Abstandssensors vom Werkstück erfordern.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der Abstandssensor und die Gasdüse an einem gemeinsam in Strahlungsrichtung verstellbaren Abstandsschlitten angebracht sind. Es ist dann möglich, den Ab­ standssensor und die Gasdüse gemeinsam zu verstellen, und zwar auf einen Abstand, bei dem sowohl ein Abstandssensor mit hoher Auflösung arbeiten kann, wie auch eine Gasdüse, die den erfor­ derlichen geringen Abstand von z. B. 20-50 mm von der Werk­ stückoberfläche hat, wobei andererseits aber die Optik vom Langgut vergleichsweise weit entfernt angeordnet sein kann, z. B. aus Gründen der Härtspurbreite.

Die Vorrichtung kann zweckmäßig ausgebildet werden, indem der Bearbeitungskopf zwei Abstandssensoren und zwei Gasdüsen hat, die jeweils einander diametral gegenüber angeordnet sind, wobei die beiden Gasdüsen einen geringeren Abstand voneinander aufweisen, als die beiden Abstandssensoren. Wird das Langgut mit mehreren Härtspuren bearbeitet, die durch ein Hin- und Her­ gehen des Bearbeitungskopfs erzeugt werden, so kann je nach Vorschubrichtung auf die jeweils vorlaufende Gasdüse und den jeweils nachlaufenden Abstandssensor umgeschaltet werden, ohne den Bearbeitungskopf drehen zu müssen, was Zeit spart und Kon­ struktionsaufwand vermeidet.

Die Vorrichtung kann so weitergebildet werden, daß ein dritter, quer zur Strahlung und quer zur Relativbewegungsrich­ tung messender Abstandssensor vorhanden ist. Mit Hilfe dieses dritten Abstandssensors ist es möglich, im Winkel von 90° zu einem am Bearbeitungskopf befestigten Abstandssensor zu messen. Infolgedessen kann nicht nur der Seitenabstand des Bearbei­ tungskopfs vom Langgut erfaßt und ausgeregelt werden, sondern auch der Höhenabstand des Bearbeitungskopfs, z. B. von einer Kan­ te des Langguts. Es ist also möglich, eine Härtspur unter Be­ rücksichtigung vertikaler und horizontaler Abmessungen des Langguts auf dessen Oberfläche anzuordnen.

Trotz der Anordnung eines Abstandssensors mit Abstand von dem durch die Strahlung bearbeiteten Oberflächenbereich, wo­ durch eine Verringerung der thermischen Belastung des Abstands­ sensors erreicht wird, kann es vorteilhaft sein, die Vorrich­ tung so auszubilden, daß der Abstandssensor gekühlt ist. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere gleichliegende Härtspuren angeordnet werden, wobei sich der Abstandssensor dauernd in einem Bereich hoher Temperatur befindet, so daß sich die daraus resultierende thermische Belastung zur thermischen Belastung durch reflektierte Strahlung noch addiert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist da­ durch gegeben, daß der Bearbeitungskopf eine die Strahlung im Fokussierungsbereich umgebende Reflexionsstrahlungsblende auf­ weist. Diese Reflexionsstrahlungsblende ermöglicht einen ver­ lustfreien Durchgang der Laserstrahlung zum Langgut, blendet jedoch die stark divergente Reflexionsstrahlung aus. Der Bear­ beitungskopf und insbesondere dessen Optik werden also ther­ misch entlastet und auch die thermische Belastung eines Ab­ standssensors kann dadurch reduziert werden.

Es ist eine zweckmäßige Anpassung der Blendenöffnungen er­ forderlich. Das wird durch eine Ausgestaltung der Vorrichtung erreicht, bei der die Reflexionsstrahlungsblende eine Blenden­ öffnung hat, die in Strahlungsrichtung länger ist, als der in der Blendenöffnung gelegene maximale Strahlungsdurchmesser in Relativbewegungsrichtung. Die Blendenöffnung ist also so klein wie möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß die Blendenöffnung der Reflexions­ strahlungsblende entgegen der Strahlungsrichtung konisch ver­ jüngt ist. Diese Anpassung der Blendenöffnung an die Strahlkau­ stik ist im Sinne einer Mehrfachreflexion der stark divergenten Reflexionsstrahlung innerhalb der Blendenöffnung günstig, so daß eine entsprechend starke Ausblendung der unerwünschten Strahlung möglich ist.

Wenn innerhalb des Bearbeitungskopfs der Vorrichtung in Strahlungsrichtung vor einem Fokussierspiegel eine dem Strah­ lungsumfang angepaßte zweite Reflexionsstrahlungsblende vorhan­ den ist, kann ein großer Teil derjenigen Reflexionsstrahlung ausgeblendet werden, die die Blendenöffnung der ersten Reflexi­ onsstrahlungsblende passiert hat. Es wird eine weitere thermi­ sche Entlastung des Bearbeitungskopfs erreicht.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrich­ tung zum Härten vom Langgut unterschiedlicher Querschnittsabmessungen,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Aufsicht eines Bearbeitungskopfs,

Fig. 3 den vereinfachten Schnitt III-III der Fig. 2,

Fig. 4 eine Stirnansicht des Bearbeitungskopfs der Fig. 2 in Richtung A,

Fig. 5 eine Ansicht des Bearbeitungskopfs in Richtung B der Fig. 4,

Fig. 6 eine der Fig. 2 entsprechende, jedoch völlig geschnittene Darstellung des Bearbeitungs­ kopfs, und

Fig. 7 eine der Fig. 4 entsprechende, jedoch schemati­ sierte Darstellung.

Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung einer Vorrichtung zum Härten von Langgut 10, auf dem eine Härtspur 13 erzeugt werden soll. Das geschieht mit einem Bearbeitungskopf 12 der Vorrichtung. Mit diesem Bearbeitungskopf 12 wird Laserstrahlung 11 in der Strahlungsrichtung 16 am Langgut 10 zur Wirkung ge­ bracht. Das geschieht unter Relativverschiebung senkrecht zur Darstellungsebene. Dazu kann wahlweise das Langgut selbst, der zur Härtung eingesetzte Bearbeitungskopf 12 oder dieser in Ver­ bindung mit der eingesetzten Energiequelle bewegt werden. Die Bewegung des Langguts erfordert entsprechend großen Bauraum, auskragende Führungselemente und leistungsfähige Antriebsein­ heiten, so daß die Bewegung des Bearbeitungskopfs zu bevorzugen ist. Bei dieser Konzeption kann auch leichter berücksichtigt werden, daß das Langgut erheblich unterschiedliche Abmessungen aufweist. In Fig. 1 sind beispielsweise Kantenbemessungen für Rechteckprofile angegeben, nämlich für Rechteckrohre. Derarti­ ges Langgut kann lokal gehärtet werden, also z. B. mit Härtspu­ ren, die sich zwar über die gesamte Länge des Langguts er­ strecken, jedoch beispielsweise nur über einen Teil der Breite der Langgutfläche 10′. Diese Fläche 10′ kann auch mit einer weiteren Härtspur 13′ bearbeitet werden, um beide Kantenberei­ che zu härten. Die Härtspurbreiten liegen in der Größenordnung von 6 bis 60 mm. Das Härten von Langgut kann durch mehrfaches Überstreichen einer Härtspur 13, 13′ mit Laserstrahlung 11 er­ folgen.

Der Bearbeitungskopf 12 besteht gemäß den Fig. 2 bis 7 aus einem mehrteiligen Gehäuse 26, dessen Bestandteile im ein­ zelnen nicht näher beschrieben werden. Das Gehäuse 26 ist so angeordnet, daß Laserstrahlung 11 eines nicht dargestellten La­ sers durch eine Durchtrittsöffnung 27 auf einen Umlenkspiegel 28 trifft, von dem die Laserstrahlung 11 zu einem als Ellipsoid ausgebildeten Fokussierspiegel 24 gelangt, der die Laserstrah­ lung gemäß Fig. 6 auf das Langgut 18 umlenkt. Die Fokussierung durch den Fokussierspiegel 24 erfolgt derart, daß der Brenn­ punkt bzw. der Fokussierungsbereich 19 mehr oder weniger im Be­ reich einer Blendenöffnung 21 einer Reflexionsstrahlungsblende 20 angeordnet ist, so daß die Laserstrahlung 11 einen Strahl­ fleck bildet, der in der Relativbewegungsrichtung 23 des Bear­ beitungskopfs 12 die aus Fig. 6 ersichtliche Erstreckung 29 hat, während seine maximale Abmessung senkrecht dazu gleich der Härtspurbreite ist. Der Strahlfleck ist also länglich und wird quer zu seiner Längserstreckung in der Relativbewegungsrichtung 23 über das Langgut 10 geführt. Entsprechend der länglichen Ge­ staltung des Strahlflecks der Laserstrahlung 11 ist auch die Blendenöffnung 21 gemäß Fig. 5 länglich oval.

Damit der Fokussierspiegel 24 relativ zum Umlenkspiegel verstellt werden kann, ist er relativ zum Gehäuse 26 verstell­ bar, was durch eine Lagerung 30 für ein Spiegelgehäuse 31 ange­ deutet ist, an dem der Spiegel 24 befestigt ist, und das auch die Reflexionsstrahlungsblende 20 bildet.

Am Spiegelgehäuse 31 ist ein Abstandsschlitten 17 in nicht dargestellter Weise angebracht, der in Strahlungsrichtung 16 verstellt werden kann. Am Abstandsschlitten 17 befinden sich zwei Abstandssensoren 15, 15′ und zwei Gasdüsen 14, 14′. Mit Hilfe des Abstandsschlittens 17 können die Abstandssensoren 15, 15′ und die Gasdüsen 14, 14′ relativ zum Langgut 10 verstellt werden, unabhängig von der Entfernung des Bearbeitungskopfs 12 bzw. dessen Gehäuse 26 vom Langgut 10.

Die Abstandssensoren 15, 15′ sind bezüglich der Strahlung 11 einander diametral gegenüber angeordnet, wie auch die Gasdü­ sen 14, 14′. Bezüglich der Laserstrahlung 11 sind die Abstands­ sensoren 15, 15′ in den Abstandsschlitten 17 bzw. in ein Gehäuse eingebaut, von dem aus sie gekühlt werden können. Der Schlitten 17 ist demgemäß mit Meßstrahlöffnungen 32 für jeden Abstands­ sensor 15, 15′ versehen.

Die Gasdüsen 14, 14 ′sind gemäß Fig. 4 Röhrchen, die quer zur Härtspur 13 und zur Laserstrahlung 11 ausgerichtet sind. Sie sind an eine nicht näher beschriebene Gasquelle 33 angeschlos­ sen und besitzen Bohrungen 34, die über die Länge der Röhrchen nebeneinander angeordnet sind. Die Bohrungen 34 sind senkrecht zur Rohrachse und in Relativbewegungsrichtung 23 voreilend an­ geordnet, so daß ihre durch die Rohrachse verlaufende Mittelli­ nie 35 mit der Strahlungsrichtung 16 einen Winkel α ein­ schließt, der die Neigung charakterisiert, mit der eine Flamme 36 von der Strahlung 11 weggerichtet ist, wenn mit der Gasdüse 14 oder 14′ ein Acetylen-Sauerstoff-Gasgemisch verbrannt wird. Die Verbrennung erfolgt unterstöchiometrisch, so daß eine Rußentwicklung stattfindet. Der Ruß setzt sich auf dem Langgut ab und bildet dort eine Rußschicht 37. Die Rußschicht 37 ver­ bessert die Einkopplung der Laserstrahlung 11 in das Langgut 10. Der Absorptionsgrad für die Laserstrahlung beträgt ca. 70%. Da vergleichsweise viel Energie in das Langgut eingekop­ pelt wird, ist die von der Langgutoberfläche erfolgende gerich­ tete und diffuse Strahlungsreflexion dementsprechend gering. Sie ist aber immer noch derart erheblich, daß gezielte Maßnah­ men zur Kühlung des Bearbeitungskopfs getroffen werden müssen. Hierzu dient die spezielle Ausbildung der Reflexionsstrahlungs­ blende 20. Die Blende ist zum einen in Strahlungsrichtung 16 sehr dick. Die Blendenöffnung 21 wird in Strahlungsrichtung 16 länger bemessen, als der in der Blendenöffnung 21 gelegene ma­ ximale Strahlungsdurchmesser 22, der in Fig. 6 beispielsweise eingezeichnet wurde. Ein solcher Strahlungsdurchmesser 22 er­ gibt sich dann, wenn die Erstreckung 29 des Strahlflecks sehr klein ist, so daß der Fokussierungsbereich 19 der Laserstrah­ lung 11 abweichend von der Darstellung in Fig. 6 in Strahlungs­ richtung 16 verschoben ist. Infolge dieser Bemessung der Refle­ xionsstrahlungsblende 20 wird ein großer Teil der stark diver­ genten Reflexionsstrahlung ausgeblendet und kann weggekühlt werden. Die Blende 20 bzw. der Spiegelschlitten 31 können mit geeigneten Kühlungsmitteln versehen werden. Fig. 6 zeigt die von dem Strahlfleck ausgehende Reflexionsstrahlung 38, die an der Blendenwand 39 größtenteils absorbiert werden kann. Der Wir­ kungsgrad einer solchen Blende ist aufgrund von Mehrfachrefle­ xionen besonders günstig.

Strahlungsanteile 38′, die durch die Blende 20 hindurch auf den Spiegel 24 gelangen, werden divergent in das Innere des Gehäuses 26 reflektiert. Die Fig. 3, 6 zeigen eine zweite Re­ flexionsstrahlungsblende 25, die innerhalb des Gehäuses 26 zwi­ schen dem Umlenkspiegel 28 und dem Fokussierspiegel 24 angeord­ net ist. Sie befindet sich in der Ebene der Objektweite des als Ellipsoid ausgebildeten Spiegels 24. Infolgedessen vermag die vom Umlenkspiegel 28 zum Fokussierspiegel 24 reflektierte Strahlung 11 die Blendenöffnung 40 behinderungsfrei zu passie­ ren, während die divergent vom Spiegel 24 reflektierte Reflexionsstahlung 38′ zum größten Teil weggefiltert wird. Die Blende 25 kann gekühlt werden, indem sie gemäß Fig. 3 mit einem beid­ seitig abgedichteten Kühlkanal 41 versehen ist.

Fig. 6 läßt erkennen, daß der Umlenkspiegel 38 fokussierend ausgebildet ist. Die infolgedessen auftretende Strahltaille kann im Sinne einer mit kleinem Durchmesser ausgebildeten Blen­ denöffnung 40 ausgenutzt werden, um einen vergleichsweise großen Anteil der Reflexionsstrahlung 38′ wegzufiltern. Der Fo­ kussierspiegel 24 dient dann in erster Linie der Formung des Strahlflecks auf dem Langgut 10.

Durch die Optimierung der Kühlung von Gehäuse 26, Spiegeln 24, 28 und Sensoren 15, 15′ werden thermische Schädigungen oder Zerstörungen vermieden. Das qualifiziert die Vorrichtung für den industriellen Einsatz, insbesondere für solche Prozesse, die mit entsprechend langen Bearbeitungszeiten verbunden sind.

Während des Härtens bewegt sich der Bearbeitungskopf 12 mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit relativ zum Langgut 10. Die sich während der Bearbeitung ausbildenden thermischen Ei­ genspannungen führen zu Biege- und Torsionsverzügen. Dadurch verändert sich während des Härtprozesses der Arbeitsabstand zwischen Bearbeitungskopf 12 und Langgut 10 und auch der in Fig. 1 beispielsweise angegebene Kantenabstand 41. Infolgedessen wird auf dem Langgut eine Härtspur unerwünschter Qualität und unerwünschter Lage hergestellt, denn die auf dem Langgut 10 herzustellende Randschicht ist dicker oder dünner und anderer Qualität und darüber hinaus falsch angeordnet. Um Härtspuren mit konstantem Kantenabstand über die Länge des Langguts und mit konstantem Arbeitsabstand zu erzeugen, werden die beiden Linearachsen in y- und z-Richtung nachgeregelt. Zur on-line Meßwerterfassung werden mindestens zwei Abstandssensoren benö­ tigt, die im rechten Winkel zueinander und jeweils senkrecht zum Langgut 10 messen müssen. Es ist daher gemäß Fig. 1, 4 und 5 ein weiterer Abstandssensor 18 vorhanden, der in bezug auf den Bearbeitungskopf 12 fest angeordnet ist und den Abstand 42 zum Langgut 10 mißt. Aus diesem Abstand 42 kann der Kantenabstand 41 eingestellt werden, weil der Abstandssensor 18 seine Lage relativ zum Bearbeitungskopf 12 nicht ändert.

Es ist allerdings möglich, den Abstand 42 des Abstandssen­ sors zum Langgut 10 einzustellen, wie Fig. 7 zeigt, dergemäß dem Abstandssensor 18 an einem Schlitten 43 befestigt ist, der über eine Lagerung 44 relativ zum Gehäuse 26 verstellbar ist. Die Verstellung des Schlittens 43 erfolgt mit einer in Fig. 4 sche­ matisch angeordneten Pneumatikverstelleinrichtung 48. Dort ist es auch möglich, die beiden Abstandssensoren 15, 15′ jeweils un­ abhängig voneinander verstellbar auszubilden.

Die Verstellbarkeit der Abstandssensoren 15, 15′, 18 relativ zum Langgut 10 ist erforderlich, weil letzteres gemäß Fig. 1 er­ hebliche Abmessungsunterschiede aufweisen kann. Die Vorrichtung soll also beispielsweise zum Härten eines Rechteckrohrs mit den Abmessungen 160 × 160 mm geeignet sein, das in Fig. 1 mit ausge­ zogenen Strichen dargestellt wurde, wie aber auch zum Härten eines Rechteckrohrs mit den Abmessungen 60 × 60 mm. Um dabei dieselben Abstandssensoren 15, 15′, 18 einsetzen zu können, die aus Meßgenauigkeitsgründen nur einen vergleichbar geringen Meß­ bereich parallel zur Srahlungsrichtung 16 haben, müssen die Ab­ standssensoren 15, 15′ beispielsweise im Bereich von 115 bis 200 mm verstellbar sein, während der Abstandssensor 18 im Bereich von 50 bis 130 mm für die in Fig. 1 beispielsweise angegebenen Rohrabmessungen verstellbar sein muß.

Bei Einhaltung der vorbeschriebenen Bedingungen können beispielsweise konventionelle optische Sensoren eingesetzt wer­ den, die nach der Triangulationsmethode messen. Fig. 7 zeigt den Meßstrahl 45 des Abstandssensors 18 und einen Reflexionsstrahl 46, der vom Sensor nicht mehr aufgefangen werden könnte, wenn der Abstand 42 zu groß wäre.

Der Abstandssensor 18 ist gemäß Fig. 4, 5 an einem auskra­ genden Tragarm 47 angebracht, der auch den in Fig. 7 schematisch dargestellten Schlitten 43 bzw. die dazugehörige Lagerung 44 aufweist. Sofern sich die Querschnittsform des Langguts 10 än­ dert, beispielsweise von quadratisch in sechseckig, muß auch durch die Anordnung des Abstandssensors 18 auf diese Quer­ schnittsänderung Rücksicht genommen werden. Das ist durch kon­ struktive Maßnahmen am Tragarm 47 ohne weiteres möglich, z. B. durch eine Schwenkverstellbarkeit des Abstandssensors.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Härten von Langgut (10) mit Hochenergie­ strahlung, insbesondere Laserstrahlung (11), mit einem zum Langgut (10) relativbewegten, die Strahlung (11) abgeben­ den Bearbeitungskopf (12), dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungskopf (12) eine der Strahlung (11) relativ vor­ geordnete, einer Berußung der Härtspur (13) dienende Gas­ düse (14, 14′) und einen relativ nachgeordneten Abstands­ sensor (15, 15′) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse (14, 14′) und der Abstandssensor (15, 15′) be­ züglich der Strahlung (11) einander diametral gegenüber angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gasdüse (14, 14′) mit einem quer zur Relativ­ bewegungsrichtung angeordneten Bohrungsraster versehen ist, und daß die Gasdüse (14, 14′) im Sinne einer von der Strahlung (11) wegweisenden Flamme ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstandssensor (15, 15′, 18) in Meß­ richtung (16) verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstandssensor (15, 15′) und die Gas­ düse (14, 14′) an einem gemeinsam in Strahlungsrichtung (16) verstellbaren Abstandsschlitten (17) angebracht sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bearbeitungskopf (12) zwei Abstands­ sensoren (15, 15′) und zwei Gasdüsen (14, 14′) hat, die je­ weils einander diametral gegenüber angeordnet sind, wobei die beiden Gasdüsen (14, 14′) einen geringeren Abstand von­ einander aufweisen, als die beiden Abstandssensoren (15, 15′).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein dritter, quer zur Strahlung und quer zur Relativbewegungsrichtung (23) messender Abstandssensor (18) vorhanden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstandssensor (15, 15′, 18) gekühlt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bearbeitungskopf (12) eine die Strahlung (11) im Fokussierungsbereich (19) umgebende Re­ flexionsstrahlungsblende (20) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsstrahlungsblende (20) eine Blendenöffnung (21) hat, die in Strahlungsrichtung (16) länger ist, als der in der Blendenöffnung (21) gelegene maximale Strah­ lungsdurchmesser (22) in Relativbewegungsrichtung (23).

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Blendenöffnung (21) der Reflexionsstrahlungs­ blende (20) entgegen der Strahlungsrichtung (16) konisch verjüngt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Strahlungsrichtung (16) vor einem Fo­ kussierspiegel (24) eine dem Strahlungsumfang angepaßte zweite Reflexionsstrahlungsblende (25) vorhanden ist.