DE9421149U1 - Processing head for use when removing a layer of lacquer or plastic, for example polytetrafluoroethylene, over a large area and in an environmentally friendly manner - Google Patents
Processing head for use when removing a layer of lacquer or plastic, for example polytetrafluoroethylene, over a large area and in an environmentally friendly mannerInfo
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Description
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Gesellschaft für Oberflächentechnik mbH Rheinstraße 7, 41836 HückelhovenSociety for Surface Technology mbH Rheinstrasse 7, 41836 Hückelhoven
Bez.: "Bearbeitungskopf zur Verwendung beim großflächigen undDescription: "Processing head for use in large-area and
umweltschonenden Entfernen einer Schicht aus Lack oder Kunststoff/ beispielsweise Polytetrafluoräythylen" environmentally friendly removal of a layer of paint or plastic/ for example polytetrafluoroethylene"
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B/LR (4068) 14. März 1995B/LR (4068) 14 March 1995
Die Erfindung betrifft einen Bearbeitungskopf zur Verwendung beim berührungslosen Entfernen einer Schicht aus Lack oder Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluoräthylen von einem Bauteil sowie zum Reinigen und Dekontaminieren einer mit Lack oder Kunststoff beschichteten Oberfläche mittels eines gepulsten Laserstrahls unter Verwendung eines TEA-CC^-Lasers als Laserstrahlquelle, wobei der Laserstrahl über spiegelnde und fokussierende optische Einrichtungen geführt wird.The invention relates to a processing head for use in the contactless removal of a layer of paint or plastic, for example polytetrafluoroethylene, from a component and for cleaning and decontaminating a surface coated with paint or plastic by means of a pulsed laser beam using a TEA-CC^ laser as the laser beam source, wherein the laser beam is guided via reflecting and focusing optical devices.
Die Abkürzung TEA steht für transversely excited atmospheric pressure.The abbreviation TEA stands for transversely excited atmospheric pressure.
Die zur Zeit benutzten Lacksysteme zeichnen sich durch hohe Leistungsfähigkeit und wirkungsvoller Schutzvermögen aus, das auf extremer Haftfähigkeit und Medienresistenz basiert. Derartige Eigenschaften führen jedoch immer häufiger zu Problemen beim Entiacken von mit Lack oder Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen, beschichteten Bauteilen. In bestimmten Zeitin-The paint systems currently in use are characterized by high performance and effective protection, based on extreme adhesion and media resistance. However, such properties are increasingly leading to problems when removing the coating from components coated with paint or plastic, such as polytetrafluoroethylene. At certain times,
DEUTSCHE BANK AG AACHEN 2 S02 631. . IJpSTGIROKONTO KÖLN 23 13 33-SO8 V. A T.-NR DE 123 6O 97 55DEUTSCHE BANK AG AACHEN 2 S02 631. . IJpSTGIROKONTO KÖLN 23 13 33-SO8 V. A T.-NR DE 123 6O 97 55
(BLZ 390 7OO 20) I^ .' J ·<&Bgr;&Igr;,·&Zgr; 3^O 1OS B& . * *. Hubert Bauer, Im Reichswald(BLZ 390 7OO 20) I^ .' J ·<&Bgr;&Igr;,·&Zgr; 3^O 1OS B& . * *. Hubert Bauer, In the Reichswald
tervallen ist eine Entlackung von Bauteilen, beispielsweise im Flugzeugbau mit dem Ziel, das Flugzeug beispielsweise auf Haarrisse und dergleichen genau untersuchen zu können, erforderlich. Hinzu kommt, daß auch widerstandsfähige Beschichtungen einem Verschleiß unterworfen sind. Dadurch ist es notwendig, die Beschichtung in Intervallen zu erneuern, nachdem vorher zunächst die bisherige Beschichtung einschließlich eines darunter befindlichen Haftvermittlers entfernt und die freigelegte Oberfläche des Bauteiles für die Aufbringung einer neuen Beschichtung vorbereitet worden ist.At certain intervals, paint must be removed from components, for example in aircraft construction, in order to be able to examine the aircraft closely for hairline cracks and the like. In addition, even resistant coatings are subject to wear. This makes it necessary to renew the coating at intervals, after first removing the previous coating, including any adhesion promoter underneath, and preparing the exposed surface of the component for the application of a new coating.
Beim schlagartigen Verdampfen von Lack durch einen gepulsten Laser entstehen im wesentlichen Gase und Stäube, die abgesaugt und gefiltert werden müssen. Das Laserverfahren ist insbesondere eine umweltfreundliche Alternative zu den gängigen Verfahren und eröffnet hier die Möglichkeit, die Umweltbelastung entscheidend zu verringern.When paint is suddenly evaporated by a pulsed laser, gases and dust are created that must be extracted and filtered. The laser process is an environmentally friendly alternative to conventional processes and offers the possibility of significantly reducing environmental pollution.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bearbeitungskopf der einleitend genannten Art zu schaffen, mit dem eine zu entlackende Oberfläche gründlich entlackt werden kann und mit der gleichzeitig die beim Entlacken angefallenen Stäube und Gase aus dem Bearbeitungskopf abgezogen und einer Filterung bzw. Reinigung unterworfen werden können.The invention is based on the object of creating a processing head of the type mentioned in the introduction, with which a surface to be stripped of paint can be thoroughly stripped of paint and with which, at the same time, the dust and gases generated during stripping can be extracted from the processing head and subjected to filtering or cleaning.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bearbeitungskopf ein Schwenkspiegel zum Spiegeln des Laserstrahls angeordnet ist, daß zwischen dem Bearbeitungskopf und der zu bearbeitenden Oberfläche ein Tubus mit einer Dichtung am unteren Ende des Tubus vorgesehen ist, daß der Bearbeitungskopf zusammen mit dem Tubus und der Dichtung über die zu bearbeitende Oberfläche zu führen ist und das eine Absauganlage mit einem Partikelfilter vorgesehen ist.This object is achieved according to the invention in that a pivoting mirror for reflecting the laser beam is arranged in the processing head, that a tube with a seal is provided at the lower end of the tube between the processing head and the surface to be processed, that the processing head together with the tube and the seal is to be guided over the surface to be processed and that an extraction system with a particle filter is provided.
Auf diese Weise gelangt man zu einem Bearbeitungskopf der einleitend genannten Art, mit dem eine zu behandelnde OberflächeIn this way, one arrives at a processing head of the type mentioned above, with which a surface to be treated
gut entlackt werden kann, ohne daß es zu Auslassungen und Doppelbestrahlungen kommt, und mit der darüberhinaus die beim Entlacken anfallenden Gase und Stäube einer Reinigung bzw. einer Filterung unterworfen werden können.paint can be stripped easily without omissions or double irradiation, and with which the gases and dust produced during paint stripping can be cleaned or filtered.
Die gefilterte Luft wird nicht an die Umgebung abgegeben sondern weitgehend in den Arbeitskopf zurückgeführt. Lediglich ein Anteil, der vom Gesamtsystem als "Falschluft" über Öffnungen und Undichtigkeiten angesaugt werden, muß abgeblasen werden. Diese Luft ist aber im Mittel mehrfach, entsprechend dem Mengenverhältnis von Gesamtluftstrom zu Falschluftstrom, durch das Filter gelaufen.The filtered air is not released into the environment but is largely returned to the working head. Only a portion that is sucked in by the overall system as "false air" through openings and leaks must be blown off. However, this air has on average passed through the filter several times, depending on the ratio of total air flow to false air flow.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß innerhalb des Tubus ein beweglich angeordneter Trichter vorgesehen ist, der innerhalb des Tubus synchron mit dem durch den Schwenkspiegel geführten Laserstrahl bewegbar ist. Hierdurch wird eine sehr effektive Absaugung der Stäube und Gase ermöglicht, weil diese an der Stelle des Entstehens auf einer vergleichsweise kleinen Fläche abgesaugt weren.In a further embodiment of the invention, the device can be designed in such a way that a movably arranged funnel is provided within the tube, which can be moved within the tube synchronously with the laser beam guided through the pivoting mirror. This enables very effective extraction of the dust and gases, because they are extracted at the point of origin on a comparatively small area.
Zwischen dem oberen Teil des schwenkbaren Trichters und der Innenwandung des Bearbeitungskopfes ist zweckmäßig eine Dichtung vorgesehen.A seal is conveniently provided between the upper part of the pivoting funnel and the inner wall of the processing head.
Außerdem empfiehlt es sich, die Vorrichtung so zu gestalten, daß die gesamte Vorrichtung von einer Fahrzeugeinheit mit einem als Roboter dienenden frei beweglichen Rohrgestänge aufgenommen wird.It is also recommended to design the device in such a way that the entire device is carried by a vehicle unit with a freely movable pipe rod serving as a robot.
Hierbei empfiehlt es sich, die Anordnung so zu treffen, daß eine Fahrzeugeinheit mit ortsfest am Fahrgestell positioniertem Lasergerät und einem Roboter mit einem frei beweglichen Rohrgestänge vorgesehen ist, bis zu dessen einem Ende ein vom Lasergerät erzeugter Laserstrahl als Freistrahl geleitet wird, derIt is recommended to arrange the system in such a way that a vehicle unit is provided with a laser device fixed to the chassis and a robot with a freely movable pipe rod, to one end of which a laser beam generated by the laser device is guided as a free beam, which
sodann durch das Gestänge geführt wird und an dessen freiem anderen Ende austritt.is then passed through the rod and exits at its free other end.
Die zum Beispiel für die Entlackung von Flugzeugen erforderliche Energiedichte führt bei den zur Zeit verfügbaren Lasern zu Fleckgrößen von etwa 1 cm2. Da diese Laser mit einigen hundert Herz schießen benötigt man eine Vorrichtung, die aufeinanderfolgende Laserflecke genügend schnell und präzise nebeneinandersetzt.The energy density required for stripping paint from aircraft, for example, results in spot sizes of about 1 cm 2 with the lasers currently available. Since these lasers fire at several hundred Hz, a device is required that can place successive laser spots next to one another quickly and precisely enough.
Andererseits muß diese Vorrichtung einfach und ohne großen Aufwand über das Werkstück, beispielsweise über das Flugzeug geführt werden können. Diese Vorrichtung befindet sich in einem Bearbeitungskopf, der außerdem die Fokussierungsoptik und eine Absaugeinrichtung zum gezielten Wegführen der beim Entlacken entstehenden Gase und Stäube enthält.On the other hand, this device must be able to be guided over the workpiece, for example over the aircraft, simply and without great effort. This device is located in a processing head, which also contains the focusing optics and an extraction device for the targeted removal of the gases and dust generated during paint stripping.
Bei bekannten Ausführungen wird ein Arbeitskopf jeweils auf dem Werkstück abgesetzt und ruht während der Bearbeitung. Anschließend wird er abgehoben, der Laser stoppt und der Kopf muß sehr genau relativ zur letzten Arbeitsfläche wieder abgesetzt werden.In known designs, a working head is placed on the workpiece and rests during processing. It is then lifted off, the laser stops and the head must be placed back down very precisely relative to the last work surface.
Dies verursacht laufend Betriebsunterbrechungen, die die Bearbeitungsdauer in die Länge ziehen, darüber hinaus wird an die Positioniergenauigkeit der Handhabungseinrichtung, die den Kopf führt, eine sehr hohe Anforderung gestellt, die mit heute verfügbaren Systemen an Großflugzeugen kaum zu realisieren ist.This causes continuous interruptions in operations, which prolong the processing time. In addition, the positioning accuracy of the handling device that guides the head is subject to very high demands, which can hardly be achieved with the systems available today on large aircraft.
Die Führung des'erzeugten Laserflecks über das Werkstück erfolgt in der erfindungsgemäßen Anordnung durch einen im Bearbeitungskopf angebrachten Schwenkspiegel, der in zwei zueinander senkrechten Ebenen gekippt werden kann.In the arrangement according to the invention, the generated laser spot is guided over the workpiece by a pivoting mirror mounted in the processing head, which can be tilted in two mutually perpendicular planes.
Während der Bearbeitungsphase wird der Kopf kontinuierlich verschoben, während der Schwenkspiegel den Fleck senkrecht zumDuring the processing phase, the head is continuously moved, while the swivel mirror moves the spot perpendicular to the
Vorschub ablenkt. Da solch ein Spiegel eine kleine Masse hat, kann auch bei schnell schießenden Lasern eine genügend hohe Abienkgeschwindigkeit erreicht werden. Die Präzision wird dadurch erreicht, daß der Ablenkwinkel laufend gemessen wird und der Laser erst dann ausgelöst wird, wenn der Spiegel in der richtigen Position ist. Da der Laser auf einige Mikrosekunden genau ausgelöst bzw. getriggert werden kann, kann der Fleck mit einer relativen Genauigkeit von einigen Mikrometern plaziert werden. Durch den Einsatz eines Bilderkennungssystems kann die Position bereits bearbeiteter Stellen erkannt und die präzise Position weiterer, zu bearbeitender Stellen ermittelt werden.feed. Since such a mirror has a small mass, a sufficiently high deflection speed can be achieved even with fast-firing lasers. The precision is achieved by continuously measuring the deflection angle and only triggering the laser when the mirror is in the right position. Since the laser can be triggered to within a few microseconds, the spot can be placed with a relative accuracy of a few micrometers. By using an image recognition system, the position of areas that have already been processed can be recognized and the precise position of further areas to be processed can be determined.
Zusätzlich läßt sich der Schwenkspiegel in Vorschubrichtung verkippen. Dadurch lassen sich Ungleichmäßigkeiten im Vorschub des Arbeitskopfes ausgleichen. Da die Masse des Schwenkspiegels sehr viel geringer ist als die des gesamten Arbeitskopfes, kann der Spiegel viel schneller reagieren und in einem Regelsystem den effektiven Vorschub konstant halten.In addition, the swivel mirror can be tilted in the feed direction. This allows irregularities in the feed of the working head to be compensated. Since the mass of the swivel mirror is much lower than that of the entire working head, the mirror can react much faster and keep the effective feed constant in a control system.
Darüber hinaus dient die zweite Kippebene dazu, mit den Laserflecken ein meanderförmiges Überdeckungsmuster zu erzeugen, obwohl der Arbeitskopf kontinuierlich vorgeschoben wird.In addition, the second tilting plane serves to create a meandering overlap pattern with the laser spots, even though the working head is continuously advanced.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieies des näheren erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawing. It shows
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Bearbeitungskopf mit Absaugfilter,Fig. 1 a schematic section through a processing head with suction filter,
Fig. 2 eine Alternative zu Figur 1 undFig. 2 an alternative to Figure 1 and
Fig. 3 einen um zwei aufeinander senkrecht stehende Schwenkachsen schwenkbarer Schwenkspiegel.Fig. 3 shows a swivel mirror that can be swiveled around two mutually perpendicular swivel axes.
Der Bearbeitungskopf 1 ist auf einem Tubus 2 angeordnet, der unter Zwischenlage einer Dichtung 3 auf der zu bearbeitenden Oberfläche 4 verfahrbar ist. Innerhalb des Tubus 2 ist ein weiterer Tubus 5 vorgesehen, innerhalb dessen der Laserstrahl 6 zwischen den beiden äußeren Strahlen 7,8 geführt ist.The processing head 1 is arranged on a tube 2, which can be moved on the surface 4 to be processed with a seal 3 in between. Within the tube 2 there is another tube 5, within which the laser beam 6 is guided between the two outer beams 7, 8.
im Bearbeitungskopf 1 ist ein Schwenkspiegel 9 vorgesehen, der bezogen auf ein x,y,z-System um eine Schwenkachse 10 und um eine dazu senkrecht verlaufende Schwenkachse 11 in Richtung der Doppelpfeile 12 bzw. 13 geschwenkt werden kann, so daß der einfallende Laserstrahl 6 nach der Reflexion als reflektierter Strahl 14 auf die zu bearbeitende Oberfläche 4 gelenkt wird und hier einen Fleck 15 bildet.A pivoting mirror 9 is provided in the processing head 1, which can be pivoted about a pivot axis 10 in relation to an x, y, z system and about a pivot axis 11 running perpendicular thereto in the direction of the double arrows 12 and 13, respectively, so that the incident laser beam 6, after reflection, is directed as a reflected beam 14 onto the surface 4 to be processed and forms a spot 15 there.
Die in Figur 2 dargestellte Ausführung unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 1 dadurch, daß innerhalb des Tubus 2 ein Trichter 16 vorgesehen ist, der um die Mittelachse 17 des reflektierten Laserstrahls angeordnet ist und die gleichen Bewegungen ausführt wie der Laserstrahl.The embodiment shown in Figure 2 differs from that of Figure 1 in that a funnel 16 is provided within the tube 2, which is arranged around the central axis 17 of the reflected laser beam and carries out the same movements as the laser beam.
Der innerhalb des Tubus 2 anfallende Staub wird in Richtung der Pfeile 18 und 19 durch ein Rohr 20 und in Richtung des Pfeiles 21 durch die Absaug- und Filtervorrichtung 22 sowie durch ein Rohr 23 in Richtung des Pfeiles 24 wieder zurück in den Bearbeitungskopf 1 geführt.The dust accumulating within the tube 2 is guided in the direction of arrows 18 and 19 through a pipe 20 and in the direction of arrow 21 through the suction and filter device 22 and through a pipe 23 in the direction of arrow 24 back into the processing head 1.
Claims (6)
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Cited By (3)
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1994
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