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Die Erfindung betrifft eine Strahlführungsrohr-Einrichtung
zum Einführen eines Laserstrahls in ein
Robotermaschinengehäuse eines Laserroboters von außen, und insbesondere eine
Strahlführungsrohreinrichtung an einem Laserroboter, wobei
ein den Laserstrahl reflektierender Spiegel in einfacher
Weise innerhalb eines Trägers befestigt und zur Wartung
einfach herausgezogen werden kann, wobei der Spiegel ein
unentbehrliches, innerhalb des Trägers befestigtes Bauteil
ist, um in das Maschinengehäuse einen Laserstrahl
einzuführen, der durch ein Strahlführungsrohr geführt wird, das
in der gleichen Höhe wie der Träger in Bezug auf das auf
dem Träger befestigte Laserroboter-Maschinengehäuse
angeordnet ist.
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Ein Laserroboter dient zum Ausführen einer bestimmten
Laserstrahlbearbeitung, indem ein von einer aus einem
externen Laseroszillator bestehenden Laserlichtquelle
erzeugter Laserstrahl auf einer Bahn durch ein Laserstrahlrohr in
das Robotermaschinengehäuse eintritt und dann der
Laserstrahl von einem Laserstrahlemitter mit einer
lichtfokussierenden Linse, die am Ende des Robotermaschinengehäuses
angeordnet ist, auf einen bestimmten Punkt eines von dem
Laserstrahl zu bearbeitenden Werkstückes abgegeben wird. Um
bei einem derartigen Laserroboter einen Laserstrahl
einzuführen, der in der Lage ist, in das Robotermaschinengehäuse
durch das Strahlführungsrohr von der Laserlichtquelle
einzutreten, ist es nötig, daß der Laserstrahl in dem
Drehmittelpunkt des Robotermaschinengehäuses eintritt und der
Verlauf des Strahls durch Spiegel verändert wird, die an
bestimmten Verbindungspunkten angeordnet sind, bevor der
Laserstrahl den Laserstrahlemitter erreicht, da die meisten
Robotermaschinengehäuse viele sich bewegende Elemente
aufweisen, die miteinander verbunden sind. Normalerweise tritt
der auf einer externen Strahlführungsbahn geführte
Laserstrahl in das Maschinengehäuse über oder unter der
zentralen Gelenkachse einer Drehanordnung des
Robotermaschinengehäuses über einen laserreflektierenden Spiegel ein, und
deshalb muß der Spiegel oben oder unten am
Robotermaschinengehäuse vorgesehen sein. Ein System, bei dem der Spiegel
oben am Robotermaschinengehäuse angeordnet ist, ist
insofern vorteilhaft, als die Anbringung und Wartung des
Spiegels leicht möglich ist, doch ist es nachteilig, daß der
Spiegel Vibrationen ausgesetzt ist, die von außen
einwirken. Andererseits hat ein System mit am Boden des
Robotermaschinengehäuses befestigten Spiegel den Vorteil, daß die
Einwirkung äußerer Vibrationen verringert ist.
Dementsprechend wird man eines der genannten Systeme abhängig von der
Umgebung auswählen, in der der Laserroboter arbeitet.
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Das System, bei dem der Spiegel am Fuß des
Naschinengehäuses des Laserroboters angeordnet wird, um den von außen
kommenden Laserstrahl umzulenken und somit den Laserstrahl
in das Maschinengehäuse einzuführen, hat trotzdem ein
Problem insofern, als es äußerst schwierig ist, den Spiegel zu
installieren und zur Wartung zu entfernen. Während des
Betriebs des Laserroboters muß nämlich die Spiegeloberfläche
in regelmäßigen Intervallen abgewischt und poliert werden.
Somit besteht ein starker Bedarf an einer verbesserten
Anbringung des Spiegels.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strahlführungsrohr-
Einrichtung in einem Laserroboter zu schaffen, die eine
einfache Installation und Wartung des innerhalb des Trägers
angeordneten Spiegels erlaubt.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Strahlführungsrohr-Einrichtung in einem Laserroboter zu schaffen,
durch die es möglich ist, die Wartungsarbeiten, wie das
Polieren des Spiegels auszuführen, ohne daß die
Kühlwasserleitungen zu der Spiegeleinheit für den Spiegel gelöst
werden müssen.
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Erfindungsgemäß ist eine Strahlführungsrohr-Einrichtung an
einem Laserroboter vorgesehen, bei dem ein Laserstrahl von
einem externen Laserstrahl-Führungsrohr in ein
Robotermaschinengehäuse über einen Spiegel eintritt, der in einem
Träger aufgenommen ist, auf dem das Robotermaschinengehäuse
befestigt ist, wobei die Strahlführungsrohr-Einrichtung
eine Spiegeleinfassung derart aufweist, daß sie nach Art
einer Schublade aus einer Innenposition im Träger in eine
Wartungsposition herausgezogen werden kann; sowie eine an
der Spiegeleinfassung angeordnete Spiegeleinheit, die den
Spiegel zur Ablenkung des Laserstrahls aufweist.
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Vorzugsweise besitzt die Einrichtung außerdem
Kühlwasserleitungen, die von der Spiegeleinfassung getragen und mit
der Spiegeleinheit verbunden sind, wobei die
Kühlwasserleitungen eine passende Länge im Träger derart haben, daß die
Kühlwasserleitungen zusammen mit der Spiegeleinfassung
bewegt werden können, wenn die Spiegeleinfassung aus dem
Träger herausgezogen oder in den Träger zurückgeschoben
wird.
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Ferner hat die Einrichtung vorzugsweise eine
Nachstelleinrichtung für den Spiegelwinkel mit von Hand bedienbaren
Knöpfen auf der Vorderseite der Spiegeleinfassung und mit
exzentrischen Scheiben, von denen der Winkel eines
Laserstrahlspiegels der Spiegeleinheit abhängig von einem Drehen
der Einstellknöpfe einstellbar ist.
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Vorzugsweise besteht der Mechanismus zum Herausziehen der
Spiegeleinfassung aus einer geraden Führungsstange und
einem Führungsblock zwischen der Spiegeleinfassung und dem
Träger.
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Die Zeichnung zeigt:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer grundsätzlichen
Ausführung einer Strahlführungsrohr-Einrichtung an
einem Laserroboter gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1
zur schematischen Darstellung einer
Führungseinrichtung für ein sauberes Herausziehen und
Einschieben der Spiegeleinfassung der Strahlführungs-
Rohreinrichtung;
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Fig. 3A einen Schnitt eines größeren Abschnitts zur
Starrstellung einer Nachstellvorrichtung für den
Spiegelwinkel des Spiegels in einer Spiegeleinheit;
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Fig. 3B eine teilweise Draufsicht auf die
Nachstellvorrichtung für den Spiegelwinkel des Spiegels in der
Spiegeleinheit;
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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Einstellknopfes
mit Exzenterscheibe für die Nachstellvorrichtung
und
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Fig. 5 eine Außenansicht eines Laserroboters mit
Strahlführungsrohr-Einrichtung gemäß der Erfindung in
einer teilweise geschnittenen Ansicht.
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Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung die
grundlegende Anordnung der Strahlführungsrohr-Einrichtung an dem
Laserroboter gemäß der Erfindung. Ein
Laserroboter-Maschinengehäuse 10 ist auf einem Träger angeordnet und eine
Spiegeleinfassung 20 ist derart vorgesehen, daß sie aus dem
Träger 12 herausziehbar ist. Die Spiegeleinfassung 20
besteht aus einem schachtelförmigen Gehäuse 22 und einer
Vorderwand 24, wobei die Innenflächen der Vorderwand mit einer
Dichtung 26 ausgekleidet sind, um eine starke
Abdichtwirkung zu erzielen und zu verhindern, daß Staub o.ä. in das
Gehäuse 22 der Spiegeleinfassung 20 von außen her eintritt,
wenn die Spiegeleinfassung 20 im Träger 12 liegt.
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Eine Spiegeleinheit 30 ist innerhalb des Gehäuses 22 in
vorbestimmter Position derart vorgesehen, daß sie mit einer
Öffnung 14 fluchtet, die vom Träger 12 zu einer
Strahlführungsrohrbahn in dem Robotermaschinengehäuse 10 verläuft,
wenn das Gehäuse 22 der Spiegeleinfassung 20 im Träger 12
liegt. Die Spiegeleinheit 30 besitzt einen bekannten
Laserstrahl-Reflektionsspiegel (nicht dargestellt) und ist
mit einer Strahleinlaßöffnung 34 und einer
Strahlauslaßöffnung 36 für einen Laserstrahl versehen. Das innere Ende
des Strahlführungsrohrs 38 ist gestrichelt dargestellt und
an die Strahleinlaßöffnung 34 angeschlossen. Das Außenende
des Strahlführungsrohrs 38 ist an eine Öffnung 24a auf der
Vorderwand der Spiegeleinfassung 20 angeschlossen und der
einen Laseroszillator verlassende Laserstrahl wird über ein
externes Strahlführungsrohr (nicht dargestellt) in die
Öffnung 24a geführt. Zu dieser Zeit wird das externe
Strahlführungsrohr mit dem Strahlführungsrohr 38 in der
Spiegeleinfassung 20 derart verbunden, daß es eng, jedoch gleitend
angeordnet ist. Somit wird der von außen eintretende
Laserstrahl am eingebauten Spiegel der Spiegeleinheit 30
reflektiert und die Bahn des Laserstrahls ändert sich, der in
das Laserroboter-Maschinengehäuse 10 durch die Öffnung 14
im Träger 12 eintritt.
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Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau der
Führungseinrichtung, mit der ein glattes Herausziehen bzw. Herausschieben
der Spiegeleinfassung in der Strahlführungsrohr-Einrichtung
ermöglicht ist, wobei die Darstellung eine teilweise
geschnittene Ansicht längs der Linie II-II in Fig. 1 ist. Das
Gehäuse 22 der Spiegeleinfassung 20 ist mit einer
Führungsstange 28a (oder zwei zueinander parallel liegenden
Führungsstangen)
auf der äußeren Bodenfläche versehen. Diese
Führungsstange 28a wird von einer angepaßten Führung 28b
erfaßt (beispielsweise ist eine Führungsmutter brauchbar),
die auf einer Bodenfläche 13 des Trägers 12 angeordnet ist,
so daß somit die Führungsstange in der Lage ist, das
Gehäuse 22 so zu führen, daß es sanft und genau herausgezogen
oder eingeschoben werden kann. Ein Anschlag 29 bildet einen
Anschlag, um zu vermeiden, daß das Gehäuse 22 vom Träger 12
gelöst wird. Man bemerkt, daß die Führungsstange 28a
offensichtlich auf der Bodenfläche 13 des Trägers 12 befestigt
werden kann, und daß die Führung 28b auf der äußeren
Bodenfläche des Gehäuses 22 angeordnet werden kann.
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Gemäß Fig. 1 ist der Träger 12 innen mit Leitungen 42
versehen, die flexibel sind, um Kühlwasser zur Spiegeleinheit
30 in der Spiegeleinfassung 20 im Kreislauf zu führen. Die
Leitungen 42 besitzen eine ausreichende Länge innerhalb des
Trägers 12, wobei ein Ende an der Spiegeleinheit 30
angeschlossen ist, während das andere Ende mit äußeren
Kühlwasserleitungen über Anschlüsse 44 verbunden ist, die auf
einer seitlichen Fläche des Trägers 12 angeordnet sind. Da
somit die Leitungen 42 eine ausreichende Länge innerhalb
des Trägers 12 besitzen, können beim Herausziehen des
Gehäuses 22 der Spiegeleinfassung 20 aus dem Träger 12 die
Leitungen 42 folgen und bewegen sich zusammen mit dem
Gehäuse 22 und stören dabei nicht das Herausziehen oder
Einschieben des Gehäuses 22.
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Somit kann die Spiegeleinfassung 22 zusammen mit der
Spiegeleinheit 30 für den Spiegel zum Ändern der
Laserstrahlbahn aus dem Träger 12 herausgezogen und in den Träger
eingeschoben werden, so daß deshalb Wartungsarbeiten wie
das Polieren des Spiegels nach einer bestimmten
Betriebszeit des Laserroboters beispielsweise leicht ausgeführt
werden kann, da man zum Spiegel in der Spiegeleinheit 30
durch das Herausziehen der Spiegeleinfassung 20 leicht
Zugang erhalten kann.
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Gemäß Fig. 1 sind ferner an der Vorderwand 24 der
Spiegeleinfassung 20 manuelle Einstellknöpfe 52a, 52b und 52c
einer Nachstelleinrichtung 50 für den Spiegelwinkel
vorgesehen, die den Schwenkwinkel des Spiegels in der
Spiegeleinheit 30 zum Ändern der Laserstrahlbahn
erforderlichenfalls nachstellt, so daß der von außen eintretende
Laserstrahl im Spiegel in der Spiegeleinheit 30 so reflektiert
wird, daß der Laserstrahl über die Öffnung 14 im Träger 12
in das Robotermaschinengehäuse 10 eintritt. Diese manuellen
Einstellknöpfe 52a bis 52c sind mit jeweiligen
Einstellstangen 54a, 54b und 54c verbunden, die durch das Gehäuse
22 der Spiegeleinfassung 20 ragen und deren andere Enden
jeweils mit noch zu erläuternden Exzenterscheiben an dem
Boden der Spiegeleinheit an drei Punkten verbunden sind
(wobei die Anzahl der Kontaktpunkte größer oder auch
kleiner sein kann). Werden somit die Einstellknöpfe 52a bis 52c
von Hand gedreht, um eine Nachstellung durchzuführen, so
wird der Schwenkwinkel der Spiegeleinheit 30 von den
Exzenterscheiben fein eingestellt und damit die Laserstrahlbahn
in die gewünschte Richtung gelenkt. Die Ausführung der
Nachstelleinrichtung 50 zum Einstellen des Schwenkwinkels
der Spiegeleinheit 30 ist in den Fig. 3A und 3B
dargestellt.
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Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit den
Einstellknöpfen 52a bis 52c, den Einstellstangen 54a bis 54c und den
Exzenterscheiben 56a bis 56c.
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Fig. 3A und 3B ist ein Schnitt eines größeren Abschnitts
und eine Teildraufsicht der Ausführungsform der
Nachstelleinrichtung zum Einstellen des Spiegelwinkels in der
Spiegeleinheit. In der erstgenannten Zeichnung ist nur der
manuelle Einstellknopf 52a der Knöpfe 52a bis 52c
dargestellt.
Der manuelle Einstellknopf 52a ist mit der
Exzenterscheibe 56a über die drehbar in einem Lager 53a
getragene Einstellstange 54a verbunden und somit kann die
Exzenterscheibe 56a durch Drehen des Einstellknopfes 52a
gedreht werden. Die Exzenterscheibe 56a ist in Berührung mit
der Bodenfläche einer Flanschplatte 35 am Boden der
Spiegeleinheit 30 und die Flanschplatte 35 ist einer nach unten
gerichteten Kraft unterworfen, die von einem Haltebolzen 60
von einer Feder 58 aufgebracht wird, so daß die
Exzenterscheibe 56a in Kontakt mit der Bodenfläche der
Flanschplatte 35 gehalten wird. Eine passende Anzahl von
Exzenterscheiben ist auf der Bodenseite der Flanschplatte 35
vorgesehen. In dieser Ausführungsform sind drei
Exzenterscheiben 56a bis 56c in passenden Abständen (s.
insbesondere Fig. 3b) vorgesehen und ist die Spiegeleinheit 30 von
unten über den Kontakt zwischen den Exzenterscheiben 56a
bis 56c und der Flanschplatte 35 abgestützt. Die
Spiegeleinheit 30 kann vertikal entgegen der Federkraft der
Niederhaltefeder 58 fein verschoben werden, indem die drei
Exzenterscheiben 56a bis 56c zur Einstellung verdreht werden,
so daß es möglich ist, eine Feineinstellung des Winkels des
Spiegels 32 in der Spiegeleinheit 30 in jeder Richtung
eines dreidimensionalen Raums durchzuführen.
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Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines der
Einstellknöpfe und einer Exzenterscheibe in der
Spiegelwinkel-Nachstellvorrichtung. Wie dargestellt, sind die Einstellknöpfe
56a, 56b oder 56c mit den Exzenterscheiben 56a, 56b oder
56c über die Einstellstange 54a, 54b oder 54c verbunden,
die mit einem bogenförmigen Schlitz 57a, 57b oder 57c
versehen ist. Wird eine Halteschraube 59 (s. Fig. 3A) vorher
in die Vorderwand 24 der Spiegeleinfassung 20 durch den
Bogenschlitz 57a, 57b oder 57c eingesetzt, so kann jeder
Einstellknopf 52a bis 52c in der voll eingestellten
Position befestigt werden, indem man die Halteschraube 59 nach
der Einstellung festzieht, so daß es möglich ist, die
Exzenterscheiben 56a bis 56c zu fixieren und die
eingestellten Positionen der Spiegeleinheit 30 und des Spiegels
32 nach dem Ausführen der Einstellung beizubehalten.
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Dementsprechend kann beim Ausführen von Wartungsarbeiten
o.ä. an der Spiegeleinheit 30 der Winkel des Spiegels 32
leicht von außen eingestellt werden und damit kann der in
die Spiegeleinfassung 20 von außen her eintretende
Laserstrahl genau auf die Strahlrohrbahn des
Robotermaschinengehäuses 10 über den Träger 12 ausgerichtet werden.
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Fig. 5 ist eine Außenansicht eines Laserroboters, der mit
der Strahlführungsrohr-Einrichtung versehen ist. In der
Zeichnung tritt der Laserstrahl durch das externe
Strahlführungsrohr 9 hindurch, das in gleicher Höhe mit dem
Träger 12 liegt und trifft auf den Spiegel 32 (Fig. 3A), der
in der Spiegeleinfassung innerhalb des Trägers 12
angeordnet ist. Der Spiegel 32 lenkt den Strahl in Richtung des
Robotermaschinengehäuses 10 um. Der Laserstrahl auf der
Bahn des Laserstrahl-Führungsrohres in dem
Robotermaschinengehäuse 10 trifft des weiteren auf einen
Laserstrahlemitter 8 und tritt dann auf ein Werkstück aus.
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An einer Strahlführungsrohr-Einrichtung für den Eintritt
eines Laserstrahls über ein externes Strahlführungsrohr in
einem auf einem Träger befestigten Laserroboter ist eine
Spiegeleinfassung mit einer Spiegeleinheit derart
angeordnet, das sie nötigenfalls aus dem Träger herausgezogen bzw.
eingeschoben werden kann, so daß deshalb zum Ausführen von
Wartungsarbeiten am Spiegel in dem Träger, beispielsweise
für das Polieren der Spiegeloberfläche, diese Wartung
leicht ausgeführt werden kann, indem die Spiegeleinfassung
aus dem Träger herausgezogen und anschließend wieder
eingeschoben wird. Abweichend von bekannten Systemen ist es
nicht nötig, die Kühlwasserleitungen o.ä. zu lösen, bevor
die Spiegeleinfassung aus dem Halter zur Wartung
herausgezogen
wird, so daß der Laserroboter eine extrem hohe
Wartungsfreundlichkeit besitzt, obwohl der Laserroboter derart
gestaltet ist, daß der Laserstrahl am Boden des
Maschinengehäuses eintritt, wo die Wartung gewöhnlich schwierig ist.
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Außerdem ist es möglich, den Spiegelwinkel in der
notwendigen Weise von außen her fein zu justieren, indem manuelle
Einstellknöpfe betätigt werden, ohne daß die
Spiegeleinfassung aus dem Träger herausgezogen werden muß. Auch in
dieser Hinsicht besitzt der Laserroboter eine außerordentlich
hohe Einstellfreundlichkeit.