DE602004000182T2

DE602004000182T2 - Lasereinheit

Info

Publication number: DE602004000182T2
Application number: DE602004000182T
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Kawasaki-shi Sakano; Yuji Minamitsuru-gun Nishikawa; Hiroyuki Minamitsuru-gun Yoshida; Hisatada Minamitsuru-gun Machida; Akihiko Minamitsuru-gun Nishio
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: EP1460735A1; EP1460735B1; JP2004281888A; US20040218637A1; DE602004000182D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lasereinheit und insbesondere eine Vorrichtung zum Detektieren einer Position eines Laserstrahlverschlusses der Lasereinheit.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Eine Lasereinheit hat einen Laserstrahlverschluss zum Steuern einer Aktivierung oder eines Abstellens der Abstrahlung eines durch einen Laser erzeugten Laserstrahls und auch zum Steuern der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls. Dieser Laserstrahlverschluss steuert das Aktivieren oder das Abschalten, als auch die Ausbreitungsrichtung, des Laserstrahls durch Verwenden einer Dämpfungseinrichtung, um den Laserstrahl zu absorbieren, oder eines reflektierenden Elementes, um die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls zu ändern. Der Verschluss befindet sich demontierbar in einem optischen Pfad des durch den Laser erzeugten Laserstrahls.
10 ist eine schematische Ansicht zur Erklärung eines Beispiels einer Anordnung eines Laserstrahlverschlusses nach dem Stand der Technik. Ein Verschluss 56 ist auf einer drehbaren Welle 54 eines Solenoid- bzw. Magnetspulenmotors 53 befestigt und wird durch Antreiben des Magnetspulenmotors 53 um die Welle 54 herum gedreht. Ein reflektierender Spiegel 52 zum Reflektieren eines Laserstrahls ist an dem Verschluss 56 befestigt.
In 10 zeigt eine gestrichelte Linie den Verschluss 56 an, wie er zu einem Punkt gedreht ist, an dem der reflektierende Spiegel 52 den Laserstrahl nicht reflektiert. Der Drehwinkel des Verschlusses beträgt in diesem Beispiel 90°.
Der Verschluss 56 kann durch Drehen der durch den Magnetspulenmotor 53 angetriebenen Welle abwechselnd in zwei Positionen bzw. Stellungen gebracht werden, um die Aktivierung oder das Abstellen als auch die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls zu steuern. Da die Position des Verschlusses 56 detektiert werden muss, um aus Sicherheitsgründen eine irreguläre Abstrahlung des Laserstrahls zu verhindern, können ein oder mehrere Näherungsschalter zum Detektieren der Position des Verschlusses vorgesehen werden.
Bezüglich 10 sind zwei Näherungsschalter 55a, 55b an zwei Drehpositionen des Verschlusses 56 angeordnet, um den Verschluss zu detektieren. Jeder der Näherungsschalter 55a, 55b detektiert den Verschluss 56 in der Nachbarschaft des jeweiligen Schalters. Daher kann aus den Detektions- bzw. Messergebnissen der Schalter die Position des Verschlusses 56 (d.h., in 10 ist die Position des Verschlusses 56 eine durch eine durchgehende Linie angedeutete Position, eine durch eine gestrichelte Linie angedeutete Position oder eine Zwischenposition zwischen ihnen) bestimmt werden.
11 ist eine schematische Ansicht zur Erklärung eines Zustands, in welchem die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls ausgewählt werden kann. Wie in 11 gezeigt, wird der Laserstrahl mittels des reflektierenden Spiegels 52 reflektiert und breitet sich in eine durch eine durchgehende Linie angedeutete Richtung B aus, wenn der Spiegel 52 in einem optischen Pfad des Laserstrahls angeordnet ist, welcher durch einen Laser oder einen Laserresonator 51 bestrahlt wird. Andererseits breitet sich der Laserstrahl in einer durch eine gestrichelte Linie angedeutete Richtung A aus, wenn der Spiegel 52 sich nicht in dem optischen Pfad des Laserstrahls befindet. Die Ausbreitungsrichtungen A und B werden in 10 auch durch eine gestrichelte Linie bzw. eine durchgehende Linie angedeutet. Diese Ausbreitungsrichtungen A, B und eine Einfallsrichtung auf den reflektierenden Spiegel 52 des Laserstrahls sind aus Gründen der Bequemlichkeit eingezeichnet.
Daher kann die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls durch Verwenden des Laserstrahlverschlusses ausgewählt werden.
Eine Ausführungsform, welche eine Detektion eines reflektierenden Spiegels eines Laserstrahlverschlusses verwendet, ist in der Japanischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung (Kokoku) Nr. 7-20933 offenbart. In der Ausführungsform wird eine Position des Laserstrahlverschlusses durch zwei Endschalter detektiert, und der Laserstrahl wird elektrisch daran gehindert, abzustrahlen, wenn der Verschluss zum Abfangen des Laserstrahls zwischen einer Position bewegt wird, an der ein Teil den Laserstrahl abfängt, und einer Position, an der ein Teil den Laserstrahl nicht abfängt. Dadurch wird verhindert, dass ein Bestrahlungsmechanismus für sichtbare Strahlen, welcher an dem Verschluss angeordnet ist, durch den Laserstrahl beschädigt wird.
Auch wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in der Japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 11-312831 offenbart ist, ein Laserstrahl detektiert, der durch ein optisches System zum Lenken des Laserstrahls aus einer Lasereinheit her aus gestreut wird, als auch die Position eines Verschlusses, und eine Detektion des gestreuten Strahls kann dazu verwendet werden, den Laserstrahl zu steuern.
Wie in der Japanischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung (Kokoku) Nr. 7-20933 gezeigt, können in einer Anordnung, in welcher die Endschalter oder getrennte Sensoren als Detektoreinheiten zum Detektieren der Position des Verschlusses vorgesehen sind, die getrennten Sensoren versagen. Beispielsweise hat ein Kontaktschalter, wie beispielsweise der Endschalter, einen Kontakt, welcher sich durch wiederholtes Betätigen abnutzen kann. Ein elektromagnetischer Schalter kann durch Fremdkörper oder Ablagerungen versagen. Auch kann ein fotoelektrischer Schalter aufgrund unerwarteten Streulichts aus der äußeren Umgebung versagen.
Falls ein Versagen auftritt, kann beispielsweise ein Laser mit hoher Ausgangsleistung zum Schneiden oder Schweißen aus der Lasereinheit heraus abgestrahlt werden, und der abgestrahlte Laser kann nicht nur ein Werkstück beschädigen, sondern auch ein Feuer anzünden oder einen Bediener ernsthaft verletzen.
Andererseits offenbart die Japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 11-312831 eine Vorrichtung zum Detektieren des Laserstrahls selbst, um das Versagen des getrennten Sensors zum Detektieren der Position des Verschlusses zu verhindern. Jedoch benötigt diese Vorrichtung mehr Sensoren, und die Steuerung des Laserstrahls ist kompliziert.
Die US-Patentveröffentlichung US 6,493,364 offenbart eine Lasereinheit, welche einen Verschluss mit einem reflektierenden Element zum Reflektieren eines Laserstrahls umfasst, sowie einen Motor zum Bewegen des Verschlusses zwischen einer Position in einem optischen Pfad des Laserstrahls und einer Position außerhalb des optischen Pfads als auch eine Verschlusspositionssteuerung zum Steuern des Motors.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das oben angesprochene Problem des Standes der Technik zu lösen und eine verlässliche Lasereinheit mit einer einfachen Struktur bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es durch Überwachen eines Zustands eines Verschlusses, welcher auf einem Drehzustand eines Motors zum Antreiben eines Verschlusses beruht, unnötig, einen getrennten Sensor zum Detektieren der Position des Verschlusses oder eine Detektoreinheit zum Detektieren eines Laserstrahls bereitzustellen, welche versagen können, und die Zahl der notwendigen Sensoren kann verringert werden.
Gemäß der Erfindung wird eine Lasereinheit bereitgestellt, umfassend einen Verschluss mit einem reflektierenden Element zum Reflektieren eines Laserstrahls, einen Motor zum Bewegen des Verschlusses zwischen einer Position in einem optischen Pfad des Laserstrahls und einer Position außerhalb des optischen Pfads und eine Verschlusspositionssteuerung zum Steuern des Motors, wobei die Lasereinheit einen Messaufnehmer bzw. Wertgeber zum Detektieren eines Drehzustands des Motors umfasst, die Verschlusspositionssteuerung Positionsdaten des Verschlusses durch Detektieren eines Signals von dem Messaufnehmer empfängt und den Motor auf der Grundlage der Positionsdaten steuert.
Der Messaufnehmer kann ein Drehgeber sein, welcher in den Motor eingebaut oder an der Außenseite des Motors befestigt ist. Andererseits kann der Messaufnehmer ein linearer Messaufnehmer sein. Auch kann der Messaufnehmer in einer Drehwelle des Motors oder einem Antriebselement eines Koppelmechanismus eingebaut sein, welcher eine Antriebskraft des Motors überträgt.
Der Messaufnehmer kann ein Absolutwert-Messaufnehmer bzw. Absolutwertgeber sein, welcher eine Absolutposition ausgibt, oder ein inkrementeller Messaufnehmer bzw. Inkrementalgeber, welcher einen Abstand der Bewegung von einer Referenzposition ausgibt. Eine Absolutposition des Verschlusses oder eine Relativposition des Verschlusses von einer Position des Verschlusses vom Beginn der Bewegung aus kann mittels eines Ausgabesignals vom Messaufnehmer bzw. Wertgeber detektiert werden.
Der erfindungsgemäße Verschluss dient dazu, den Laserstrahl abzufangen, welcher dazu gedacht ist, die Lasereinheit zu verlassen und/oder dient dazu, die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls innerhalb der Lasereinheit zu ändern. Im ersten Fall schaltet der Verschluss abwechselnd zwischen einem Abstrahlen des Laserstrahls nach außen aus der Lasereinheit und Absorbieren des Lasers innerhalb des Laserstrahls durch Bewegen des Verschlusses. Im letzteren Falle, ändert der Verschluss die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls innerhalb der Lasereinheit durch Bewegen des Verschlusses.
Die Verschlusspositionssteuerung der Erfindung steuert mindestens eine Drehposition, eine Drehgeschwindigkeit und/oder ein Drehmoment am Motor, um eine Verschlussposition zu steuern.
Als ein erster Aspekt zum Erhöhen der Sicherheit des Laserstrahls umfasst die erfindungsgemäße Lasereinheit eine Bewertungsvorrichtung zum Bewerten, ob der Verschluss gemäß einem Steuerbefehl von der Verschlusspositionssteuerung betrieben wird oder nicht, und die Bewertungsvorrichtung kann mindestens eine Stromversorgung des Motors und/oder eine Stromversorgung zur Laseranregung begrenzen, wenn die Bewertungsvorrichtung es so bewertet, dass der Verschluss nicht gemäß des Steuerbefehls betrieben wird.
Gemäß dem ersten Aspekt wird dann, wenn es so bewertet wird, dass die Verschlussposition nicht mit einer angesteuerten Position übereinstimmt, die Abstrahlung des Laserstrahls durch Ausschalten einer Stromversorgung des Motors und/oder einer Stromversorgung für die Laseranregung gestoppt.
Als ein zweiter Aspekt zum Erhöhen der Sicherheit des Laserstrahls umfasst die erfindungsgemäße Lasereinheit eine Bewegungsvorrichtung zum zwingenden Bewegen des Verschlusses auf eine sichere Warteposition, wo der Laserstrahl durch den Verschluss abgefangen wird und daran gehindert wird, die Lasereinheit zu verlassen, wenn der Motor nicht eine bestimmte Antriebskraft bereitstellt oder ein Antriebsmechanismus des Verschlusses gestört ist. Die Bewegungsvorrichtung kann einen Federmechanismus zum Bewegen des Verschlusses in eine sichere Warteposition umfassen.
Falls gemäß dem zweiten Aspekt die Antriebskraft des Motors kleiner ist als ein bestimmter Wert oder der Antriebsmechanismus des Verschlusses gestört ist, wird die Abstrahlung des Laserstrahls durch Bewegen des Verschlusses in die sichere Warteposition durch Verwendung der Bewegungsvorrichtung gestoppt. Die Bewegungsvorrichtung kann beispielsweise einen Federmechanismus mit einer Feder zum Bewegen des Verschlusses in die sichere Warteposition aufweisen, und eine durch die Feder erzeugte Kraft wird so eingerichtet, dass sie einem bestimmten für den Motor benötigten Pegel der Antriebskraft entspricht. Daher kann die Bewegungsvorrichtung den Verschluss durch die Federkraft in die sichere Warteposition bewegen, wenn die Antriebskraft des Motors niedriger als die Federkraft ist.
Die Bewegungsvorrichtung kann auch auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen einem Wert eines durch den Motor bereitgestellten Antriebsstroms und einem bestimmten Referenzwert bewegt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen davon mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen klarer gemacht, wobei:
1 ein Blockdiagramm zum Erklären eines grundsätzlichen Aufbaus der Erfindung ist;
2a und 2b schematische Ansichten zum Erklären einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind;
3 eine schematische Ansicht zum Erklären einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist;
4 eine schematische Ansicht zum Erklären einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist;
5 eine schematische Ansicht zum Erklären eines weiteren Beispiels der dritten Ausführungsform der Erfindung ist;
6 eine schematische Ansicht zum Erklären einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist;
7a bis 7c schematische Ansichten zum Erklären des Schaltens eines Laserstrahls in der vierten Ausführungsform der Erfindung sind;
8 eine schematische Ansicht zum Erklären einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist;
9a und 9b schematische Ansichten zum Erklären einer Bewegung der fünften Ausführungsform der Erfindung sind;
10 eine schematische Ansicht zum Erklären eines Beispiels einer Anordnung eines Laserstrahlverschlusses nach dem Stand der Technik ist; und
11 eine schematische Ansicht zum Erklären eines Zustands ist, in welchem die Ausbreitungsrichtung eines Laserstrahls mittels des Laserstrahlverschlusses nach dem Stand der Technik ausgewählt wird.
GENAUE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Zusätzlich haben die gleichen Anordnungen oder die gleichen Teile, wie vorher beschrieben, gleiche Bezugsziffern, und die Beschreibungen werden ausgelassen.
1 ist ein Blockdiagramm eines Hauptteils einer erfindungsgemäßen Lasereinheit. Die Lasereinheit umfasst einen Verschluss 6 mit einem reflektierenden Element 8 zum Reflektieren eines Laserstrahls, einen Motor 9 zum Bewegen des Verschlusses 6 zwischen einer Position in einem optischen Pfad des Laserstrahls und einer Position außerhalb des optischen Pfads und eine Verschlusspositionssteuerung 12 zum Steuern des Motors, wobei die Lasereinheit einen Messaufnehmer bzw. Wertgeber 10 zum Detektieren eines Drehzustands des Motors umfasst, die Verschlusspositionssteuerung 12 Positionsdaten des Verschlusses durch Detektieren eines Signals von dem Messaufnehmer 10 empfängt und den Motor 9 auf der Grundlage der Positionsdaten steuert.
2a zeigt eine erste Ausführungsform der Lasereinheit. Die Lasereinheit hat eine Anordnung zum Erzeugen eines Laserstrahls und eine Laserstrahl-Steuervorrichtung zum Abfangen und Ändern der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls.
Die Anordnung zum Erzeugen des Laserstrahls kann einen Laser oder einen Laserresonator 1, eine Stromversorgung 11 zum Versorgen des Lasers 1 mit Strom bzw. Leistung und eine Lasersteuerung 7 zum Steuern des Lasers 1 umfassen.
Der Laser 1 hat mindestens zwei reflektierende Spiegel 101 und 102, die sich zugewandt sind, und eine laseranregende Vorrichtung 103, die sich zwischen den zwei Spiegeln befindet. Die Laseranregungsvorrichtung 103 wird durch die Stromversorgung 11 mit Strom versorgt. Ein durch die Laseranregungsvorrichtung 103 angereg ter Laserstrahl wird mehrfach zwischen den zwei Spiegeln 101 und 102 reflektiert und wird dann durch den Laser 1 abgestrahlt. Der von der Stromversorgung 11 zugeführte Strom wird mittels der Lasersteuerung 7 gesteuert. Zusätzlich wird eine Erklärung eines Aufbaus und eines Betriebs des Lasers 1 ausgelassen, weil diese die gleichen wie die eines herkömmlichen Resonators sind.
Die Laserstrahl-Steuervorrichtung umfasst einen Verschluss 6, ein an dem Verschluss 6 befestigtes reflektierendes Element 8 zum Reflektieren des Laserstrahls, einen Motor 9 zum Bewegen des Verschlusses 6 zwischen einer ersten Position in einem optischen Pfad des Laserstrahls und einer zweiten Position außerhalb des optischen Pfads, einen Messaufnehmer 10, welcher einen Drehzustand des Motors 9 detektiert, und eine Verschlusspositionssteuerung 12 zum Steuern des Motors 9.
Das reflektierende Element 8 wird auf dem Verschluss dergestalt positioniert, dass das reflektierende Element den Laserstrahl in eine vorbestimmte Richtung reflektiert, wenn das reflektierende Element in den optischen Pfad des Laserstrahls bewegt wird. Die Richtung des Laserstrahls wird durch einen Einfallwinkel des Laserstrahls in Bezug auf das reflektierende Element 8 bestimmt, und der Einfallswinkels wird mittels eines Aufbaus bzw. einer Konfiguration des reflektierenden Elementes und/oder eines Einbauwinkels des reflektierenden Elementes 8 am Verschluss festgesetzt.
Für den Fall, dass das reflektierende Element zum Reflektieren des Laserstrahls für einen YAG-Laseroszillator verwendet wird, kann das reflektierende Element beispielsweise ein hochreflektierender Spiegel aus einem transparenten Material sein, wie beispielsweise Quarz, auf welchem ein dielektrisches Material aufgedampft ist. Auch kann das reflektierende Element ein hochreflektierendes Material sein, wie beispielsweise Gold oder Silber, welches direkt auf den Verschluss aufgedampft wurde.
Der Motor 9 treibt den Verschluss 6 als Ganzes an, um das reflektierende Element 8 zwischen der ersten Position in dem optischen Pfad des Laserstrahls und der zweiten Position außerhalb des optischen Pfads zu bewegen. Der Messaufnehmer 10, wie beispielsweise ein Drehgeber, wird auf den Motor 9 aufgeschlossen. Detektionsdaten vom Messaufnehmer 10 werden zur Verschlusspositionssteuerung 12 übertragen, wodurch die Antriebsgeschwindigkeit und die Position des Verschlusses 6 gesteuert werden können. Der Messaufnehmer 10 kann ein Absolutwert-Messaufnehmer sein, welcher eine absolute Position bzw. Stellung ausgibt, oder ein inkrementeller Messaufnehmer, welcher einen Bewegungsabstand bzw. einen zurückgelegten Weg von einer Referenzposition ausgibt. Die Verschlusspositionssteuerung 12 kann die Positi onsdaten des Verschlusses auf der Grundlage eines Signals von dem Messaufnehmer 10 in Bezug auf einen Drehzustand des Motors 9 empfangen.
Der Messaufnehmer 10 kann in den Motor 9 eingebaut sein, kann an der Außenseite des Motors 9 befestigt sein oder kann auf einem Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) angeordnet sein, welcher sich zwischen einer Antriebswelle des Motors und dem Verschluss 6 befindet. Weiterhin kann der Messaufnehmer ein linearer Messaufnehmer anstatt des Dreh(wert)gebers sein. Falls der Messaufnehmer ein linearer Messaufnehmer ist, können die Daten bezüglich des Bewegungsabstands des Verschlusses durch Positionieren des linearen Messaufnehmers zusammen mit einer Bewegungsverfolgung des Verschlusses bereitgestellt werden.
Die Lasersteuerung 7 kann als eine Bewertungsvorrichtung dienen, welche detektieren kann, ob der Verschluss 6 sich an der angesteuerten Position befindet oder nicht, und zwar durch Empfangen von Positionsdaten von der Verschlusspositionssteuerung 12 und Vergleichen der Positionsdaten mit der angesteuerten Position. Die Steuerung der Position wird von einer Steuereinheit einer Werkzeugmaschine oder einer Verarbeitungsmaschine (nicht gezeigt) gegeben.
Als Nächstes werden sämtliche Komponenten der erfindungsgemäßen Lasereinheit beschrieben.
Wie in 2a gezeigt, weist der Laser 1 mindestens zwei reflektierende Spiegel 101 und 102 auf, die sich zugewandt sind, und die sich zwischen den zwei Spiegel befindliche Laseranregungseinheit 103. Die Laseranregungseinheit 103 umfasst mindestens ein laseraktives Medium, wie beispielsweise einen Nd:YAG-Kristall. Die Laseranregungsvorrichtung 103 umfasst weiterhin eine Vorrichtung zum Aktivieren eines laseraktiven Mediums, wie beispielsweise eine Bogenlampe oder einen Halbleiterlaser, falls die Laseranregungsvorrichtung eine optische Anregungsvorrichtung ist.
Obwohl sich der Verschluss 6 in dieser Ausführungsform außerhalb der Spiegel 101 und 102 befindet, kann der Verschluss sich zwischen den zwei Spiegeln befinden. Im letzteren Fall, wird die Laseroszillation nicht erzeugt und der Laserstrahl nicht nach außen abgestrahlt, falls der Verschluss 6 sich in dem optischen Pfad befindet.
Falls der Verschluss 6 sich außerhalb der zwei Spiegel befindet, wie in den 2a und 2b gezeigt, kann die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls durch den Verschluss ausgewählt werden. Falls sich beispielsweise das reflektierende Element 8 außerhalb des optischen Pfads des Laserstrahls befindet, wie in 2a gezeigt, läuft der von dem Laser 1 abgestrahlte Laserstrahl direkt in eine Richtung A. Falls sich andererseits das reflektierende Element 8 in dem optischen Pfad des Laserstrahls befindet, wie in 2b gezeigt, wird der Laserstrahl durch das reflektierende Element 8 reflektiert und breitet sich in eine unterschiedliche Richtung B aus.
Der Motor 9 kann ein Servomotor oder ein Schrittmotor sein und kann eine Struktur einschließlich eines Getriebes, einer Kugelgewindespindel, einer Verbindung bzw. eines Gelenks, eines Gurts und einer Kette als dem oben beschriebenen Antriebsmechanismus aufweisen, um den Verschluss 6 zu drehen. Die Verschlusspositionssteuerung 12 steuert eine Position, eine Geschwindigkeit und ein Drehmoment des Motors 9 und positioniert den Verschluss 6 und das reflektierende Element 8.
Der Messaufnehmer 10 detektiert bzw. erfasst die Drehung der Motorwelle. Der Messaufnehmer 10 kann die Drehposition der Welle detektieren, beispielsweise durch Abstrahlen eines Lichts in Richtung eines Schlitzes, welcher auf einer mit der Welle verbundenen Scheibe ausgeformt ist, und durch Messen eines reflektierten oder durchgelassenen Lichts bzw. Lichtanteils des abgestrahlten Lichts. Der Messaufnehmer 10 kann ein Absolutwert-Messaufnehmer sein, welcher eine absolute Position ausgibt, oder ein inkrementeller Messaufnehmer, welcher eine relative Position in Bezug auf eine Position beim Bewegungsbeginn ausgibt. Im letzteren Fall kann die Verschlussposition abgespeichert werden durch Bereitstellen einer Funktion zum Berechnen der relativen Position in der Verschlusspositionssteuerung 12 oder einer getrennten Berechnungseinheit (nicht gezeigt) oder dergleichen. Dadurch kann die Verschlussposition als quantitative Daten unter Verwendung jeglichen Typs von Messaufnehmer angegeben werden.
Die quantitativen Daten der von dem Messaufnehmer ausgegebenen Verschlussposition werden zur Lasersteuerung 7 gesandt und werden zum Steuern des Laseroszillators verwendet. Die Lasersteuerung 7 bewertet, ob die Verschlussposition auf einer angesteuerten bzw. vorbestimmten Position ist, oder nicht, beispielsweise durch Vergleichen der angesteuerten Position mit den von dem Messaufnehmer ausgegebenen Positionsdaten. Falls sich die Verschlussposition nicht an der angesteuerten Position befindet, sendet die Lasersteuerung 7 ein Steuersignal an die Stromversorgung 11, um die Tätigkeit der Laseranregungsvorrichtung 103 zu steuern und eine Anregung des Lasers zu begrenzen. Die Stromversorgung 11 ist eine Stromversorgung, welche einen Strom an die Laseranregungsvorrichtung 103 anlegt, um eine Laseroszillation zu erzeugen.
Die Lasersteuerung 7 kann auch ein Einfügen eines Abschirmelements 104, wie beispielsweise eines Metalls mit einem niedrigen Reflexionsgrad, zwischen die reflektierenden Elemente 101 und 102 steuern, um so die Anregung des Lasers durch den Laser 1 zu stoppen bzw. anzuhalten. Weiterhin kann die Lasersteuerung 7 das Aussenden eines Steuersignals zum Motor 9 über die Verschlusspositionssteuerung 12 steuern, um den Verschluss auf die angesteuerte Position zu bewegen und/oder den Unterschied zwischen der Verschlussposition und der angesteuerten Position anzuzeigen und zu korrigieren.
Durch den oben beschriebenen Aufbau kann die Richtung des Laserstrahls durch Positionieren des Verschlusses mit dem reflektierenden Element innerhalb oder außerhalb des Lichtpfads des Laserstrahls gesteuert werden.
Als Nächstes wird in Bezug auf 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lasereinheit beschrieben. Die zweite Ausführungsform hat eine Anordnung zum Abfangen des Laserstrahls und eine Anordnung zum Steuern der Abstrahlung von der Lasereinheit zur Außenseite der Einheit und zum Abstellen der Abstrahlung.
Die zweite Ausführungsform der Lasereinheit hat ein Element, welches den Laserstrahl in einem optischen Pfad des Laserstrahls absorbiert, welcher durch den Verschluss in der ersten Ausführungsform ausgewählt wird.
Wie in 3 gezeigt, ist eine Laserabsorptionseinheit 13, wie beispielsweise ein Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, das mit einem Material mit einer hohen Lichtabsorptionsfähigkeit beschichtet ist, in einem Pfad des Laserstrahls angeordnet, welcher durch das sich an dem Verschluss 6 befindliche reflektierende Element 8 reflektiert wird. Der weitere Aufbau dieser Ausführungsform kann ähnlich zu demjenigen der ersten Ausführungsform sein. Wenn das reflektierende Element 8 auf dem Verschluss 6 in einen optischen Pfad des abgestrahlten Laserstrahls bewegt wird, wird der Laserstrahl durch das reflektierende Element 8 reflektiert und breitet sich in einer in 3 durch eine durchgehende Linie angedeuteten Richtung B aus und wird mittels der Laserabsorptionseinheit 13 absorbiert. Dadurch wird der Laserstrahl daran gehindert, die Lasereinheit in einen Bereich außerhalb des Lasers zu verlassen.
Wenn andererseits das reflektierende Element 8 an dem Verschluss 6 aus dem optischen Pfad des ausgestrahlten Laserstrahls bewegt wird, breitet sich der Laserstrahl in eine Richtung A aus, welche in 3 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, und wird aus der Lasereinheit heraus abgestrahlt.
Umgekehrt kann die Position der Laserabsorptionseinheit 13 so angeordnet werden, dass der durch das reflektierende Element reflektierte Laserstrahl aus der Lasereinheit heraus abgestrahlt wird und der Laserstrahl, welcher nicht reflektiert worden ist, mittels der Laserabsorptionseinheit absorbiert wird.
Als Nächstes wird in Bezug auf die 4 und 5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lasereinheit beschrieben. Die dritte Ausführungsform hat eine Anordnung zum Schalten optischer Pfade des Laserstrahls, und diese Anordnung kann beispielsweise dazu verwendet werden, den Laserstrahl zu einer Vielzahl von Bearbeitungspunkten bzw. -stellen zu senden, und zwar abwechselnd mit einer bestimmten zeitlichen Verteilung.
In der dritten Ausführungsform der Lasereinheit ist eine Vielzahl von Bearbeitungspunkten angeordnet, von denen jeder sich in einem jeweiligen der Pfade des Laserstrahls befindet, welche ähnlich der ersten Ausführungsform durch den Verschluss ausgewählt werden, und der Laserstrahl kann einen der Bearbeitungspunkte erreichen und kann den Punkt durch Auswählen des Pfads des Laserstrahls unter Verwendung des Verschlusses bearbeiten.
Wie in 4 gezeigt, befindet sich eine fokussierende Linse 14a in einem Pfad des Laserstrahls vom Laser 1, und eine Brennweitenposition der Linse 14a wird als ein Verarbeitungspunkt 15a bestimmt. Auch befindet sich eine fokussierende Linse 14b in einem Pfad des Laserstrahls, welcher durch das reflektierende Element 8 an dem Verschluss 6 reflektiert wird, und eine Brennweitenposition der Linse 14b wird als ein Verarbeitungspunkt 15b bestimmt. Die weiteren Aufbauten dieser Ausführungsform können ähnlich zu denjenigen der ersten oder zweiten Ausführungsformen sein.
Wenn das reflektierende Element 8 an dem Verschluss 6 in den Pfad des Laserstrahls bewegt wird, wird der Laserstrahl durch das reflektierende Element 8 reflektiert und wird dann durch die fokussierende Linse 14b auf den Bearbeitungspunkt 15b fokussiert, um den Punkt 15b zu verarbeiten. Wenn andererseits das reflektierende Element 8 an dem Verschluss 6 aus dem Pfad des Laserstrahls heraus bewegt wird, wird der Laserstrahl durch die fokussierende Linse 14a auf den Bearbeitungspunkt 15a fokussiert, um den Punkt 15a zu verarbeiten.
Falls die Verarbeitungspunkte 15a und 15b zudem abwechselnd mit einer bestimmten Zeitverteilung verarbeitet werden sollen, wird ein Steuerbefehl zum Schalten der Verschlussposition gemäß einem Verarbeitungstyp jedes der Verarbeitungspunkte von der Verschlusspositionssteuerung 12 zum Motor 9 übertragen.
Dadurch kann das Umschalten des Laserstrahls von der Lasereinheit in Richtung jedes der Bearbeitungspunkte gesteuert werden.
Obwohl die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls in den oben beschriebenen Ausführungsformen durch den Verschluss um 90° verändert wird, kann die Richtung auch statt um 90° um einen beliebigen Winkel verändert werden. Der veränderte Winkel des Laserstrahls kann mittels einer Reflexionsrichtung des an dem Verschluss angebrachten reflektierenden Elementes bestimmt werden.
Weiterhin kann es möglich sein, dass eine Vielzahl von Bearbeitungspunkten durch Platzieren einer Vielzahl von Verschlüssen Seite an Seite in dem Pfad des Laserstrahls verarbeitet wird. Ein in 5 gezeigtes Beispiel verwendet zwei Verschlüsse dergestalt, dass drei Verarbeitungspunkte exponiert sein können und durch den Laserstrahl ausgewählt verarbeitet werden können. Die Abstrahlung des Laserstrahls zu einem Verarbeitungspunkt 15b wird mittels eines Verschlusses 6b ausgewählt, und die Abstrahlung des Laserstrahls zu einem Verarbeitungspunkt 15a oder 15c wird mittels eines Verschlusses 6c ausgewählt. Ein einen Verschluss 6b antreibender Motor 9b wird mittels einer Verschlusspositionssteuerung 12b gesteuert, und ein einen Verschluss 6c antreibender Motor 9c wird mittels einer Verschlusspositionssteuerung 12c gesteuert. Die Lasersteuerung 7 steuert die Verschlusspositionssteuerungen 12b und 12c so, dass der Laserstrahl auf einen der Verarbeitungspunkte 15a, 15b und 15c gerichtet wird.
Obwohl in dem Beispiel nach 5 die zwei Verschlüsse verwendet werden, kann eine Zahl von Verarbeitungspunkten durch Erhöhen einer Zahl positionierter Verschlüsse erhöht werden.
Als Nächstes wird eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lasereinheit in Bezug auf die 6 bis 7c beschrieben. Ähnlich zur dritten Ausführungsform weist die vierte Ausführungsform eine Anordnung zum Umschalten optischer Pfade des Laserstrahls auf, und diese Anordnung kann beispielsweise dazu verwendet werden, den Laserstrahl zu einer Vielzahl von Verarbeitungspunkten zu senden, und zwar abwechselnd mit einer bestimmten Zeitverteilung.
In der vierten Ausführungsform kann eine Vielzahl von Verarbeitungspunkten durch den Laserstrahl bearbeitet werden, und zwar dadurch, dass es einem Verschluss ermöglicht wird, mehr als eine Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls auszuwählen. In dieser Ausführungsform kann der Verschluss 6 abwechselnd eine Vielzahl von Ausbreitungspfaden des Laserstrahls auswählen, von welchen jeder auf jeden der Verarbeitungspunkte gerichtet ist, wodurch der Laserstrahl einen ausgewählten Verarbeitungspunkt erreichen und den Punkt bearbeiten kann.
6 zeigt einen Aufbau eines Beispiels der vierten Ausführungsform. In der vierten Ausführungsform sind zwei reflektierende Elemente 8b und 8c an dem Verschluss 6 angeordnet. Jedes der zwei reflektierenden Elemente 8b und 8c bestimmt einen Reflexionswinkel des Laserstrahls dergestalt, dass der von einem der reflektierenden Elemente reflektierte Laserstrahl einen Verarbeitungspunkt 15b oder 15c erreichen kann.
Die 7a bis 7c veranschaulichen das Schalten des Laserstrahls durch den Verschluss. Bezüglich 7a wird der Verschluss 6 auf eine erste Drehposition bewegt, an welcher der Laserstrahl vom Laser 1 durch ein reflektierendes Element 8b in eine Richtung B reflektiert wird. Bezüglich 7b wird der Verschluss auf ähnliche Weise auf eine zweite Drehposition bewegt, wo der Laserstrahl vom Laser 1 durch ein reflektierendes Element 8c in eine Richtung C reflektiert wird. Weiterhin wird, in Bezug auf 7c, der Verschluss 6 auf eine dritte Drehposition bewegt, an welcher der vom Laser 1 ausgehende Laserstrahl nicht reflektiert wird und geradeaus in eine Richtung A läuft. Die Ausbreitungsrichtungen und Reflexionen des in den 7a bis 7c gezeigten Laserstrahls sind ausschließlich zur Anschauung dargestellt, so dass diese Richtungen den Pfad des Laserstrahls nicht genau darzustellen brauchen.
Auf diese Art können die Verarbeitungspunkte 15a, 15b und 15c, die in den Richtungen A, B bzw. C angeordnet sind, wahlweise durch Schalten der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls bearbeitet werden, wie in 6 gezeigt.
Eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lasereinheit hat einen Aufbau, der es dem Verschluss ermöglicht, sich in eine sichere Warteposition zu bewegen. In dieser Ausführungsform wird der Verschluss so auf die sichere Warteposition bewegt, dass der Laserstrahl sich in eine sichere Richtung ausbreitet, wenn es schwierig ist, die Position des Verschlusses beispielsweise bei Verringerung einer Antriebskraft des Motors oder einer Störung eines Antriebsmechanismus des Verschlusses zu steuern.
8 ist eine Zeichnung zur Erklärung der fünften Ausführungsform. Wie gezeigt, sind eine Bewegungsvorrichtung oder ein Mechanismus 16 angeordnet, um den Verschluss 6 in eine sichere Warteposition zu bewegen. Wenn der Verschluss 6 durch den Mechanismus 16 in die sichere Warteposition bewegt worden ist, wird der auf ein Arbeitsobjekt 15 gerichtete Laserstrahl durch den Verschluss 6 in Richtung eines Laserabsorbers 13 so reflektiert, dass der Laserstrahl daran gehindert wird, die Lasereinheit versehentlich zu verlassen. Der Mechanismus 16 kann beispielsweise eine Zugfeder oder eine Torsionsfeder aufweisen, welche zum dauernden Anlegen eines gewissen Kraftwerts an den Verschluss verfügbar sind.
9a und 9b veranschaulichen einen Betrieb dieser Ausführungsform. Falls, wie in 9a gezeigt, ein Motor zum Antreiben des Verschlusses 6 keine ausreichende Antriebskraft zum Steuern der Position des Verschlusses bereitstellen kann, kann der Verschluss durch den Mechanismus 16 zwingend in die sichere Warteposition bewegt werden, wie in 9b gezeigt.
Es ist möglich, den Verschluss auf die sichere Warteposition zu bewegen, wenn der Motor keine genügende Antriebskraft bereitstellen kann, beispielsweise durch Festsetzen einer Beziehung zwischen einem durch eine Feder des Mechanismus 16 an den Verschluss angelegten Drehmoment und einem Drehmoment des Motors zum Antreiben des Verschlusses. Beispielsweise wird der Verschluss durch Festsetzen der Federstärke so, dass das Drehmoment, welches durch eine durch die Feder erzeugte Kraft an den Verschluss angelegt wird, gleich oder niedriger ist als ein Schwellwert eines Drehmoments, bei welchem der Motor als defekt eingestuft wird, in die sichere Warteposition bewegt, und zwar durch eine durch die Feder erzeugte Kraft, falls das Drehmoment des Motors auf einen Wert absinkt, der niedriger ist als das durch die Feder an den Verschluss angelegte Drehmoment.
Alternativ kann der Mechanismus 16 einen Verriegelungsmechanismus umfassen. Durch Überwachen eines Werts des dem Motor bereitgestellten Stroms kann der Mechanismus den Verschluss durch Entriegeln der Verriegelung auf die sichere Warteposition bewegen, wenn der Stromwert niedriger ist als ein Schwellwert, bei welchem das Drehmoment zum Antreiben des Verschlusses ungewöhnlich verringert wird.
Wie oben beschrieben, ist es erfindungsgemäß durch Zuordnen des Messaufnehmers zum Motor des Verschlusses unnötig, einen getrennten Sensor zum Detektieren der Position des Verschlusses oder eine Detektorvorrichtung zum Detektieren des Laserstrahls vorzusehen. Daher kann eine verlässliche Lasereinheit mit einer einfachen Struktur bereitgestellt werden.
Während die Erfindung in Bezug auf die bestimmten Ausführungsformen, die zu Darstellungszwecken ausgewählt wurden, beschrieben worden ist, sollte es klar sein, dass daran vom Fachmann zahlreiche Modifikationen ausgeführt werden können, und zwar ohne von dem Grundgedanken und dem Bereich der Erfindung, so wie er durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

Lasereinheit, umfassend einen Verschluss (6) mit einem reflektierenden Element (8) zum Reflektieren eines Laserstrahls, einen Motor (9) zum Bewegen des Verschlusses zwischen einer Position in einem optischen Pfad des Laserstrahls und einer Position ausserhalb des optischen Pfads und eine Verschlusspositionssteuerung (12) zum Ansteuern des Motors, wobei die Lasereinheit einen Messaufnehmer (10) zum Detektieren einer Drehposition des Motors umfasst, die Verschlusspositionssteuerung Positionsdaten des Verschlusses durch Detektieren eines Signals von dem Messaufnehmer empfängt und den Motor auf der Grundlage der Positionsdaten ansteuert.
Lasereinheit nach Anspruch 1, wobei der Verschluss den Laserstrahl abfängt, der vorgesehen ist, sich aus der Lasereinheit heraus auszubreiten.
Lasereinheit nach Anspruch 1, wobei der Verschluss die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls innerhalb der Lasereinheit ändert.
Lasereinheit nach Anspruch 1, wobei die Lasereinheit eine Bewertungsvorrichtung umfasst, um zu bewerten, ob der Verschluss gemäß einer Ansteuerung von der Verschlusspositionssteuerung betrieben wird oder nicht, wobei die Bewertungsvorrichtung eine Stromversorgung zur Laseranregung beschränkt, wenn die Bewertungsvorrichtung bewertet, dass die Blende nicht gemäß der Anweisung betrieben wird.
Lasereinheit nach Anspruch 1, wobei die Lasereinheit eine Bewegungsvorrichtung zum zwingenden Bewegen des Verschlusses in eine sichere Warteposition umfasst, in welcher der Laserstrahl durch den Verschluss abgefangen und daran gehindert wird, die Lasereinheit zu verlassen, wenn der Motor nicht eine bestimmte Antriebskraft bereitstellt oder ein Antriebsmechanismus des Verschlusses gestört ist.
Lasereinheit nach Anspruch 5, wobei die Bewegungsvorrichtung einen Federmechanismus zum Bewegen des Verschlusses in die sichere Warteposition umfasst.