EP3423229A2 - Device and method for roughening substrates - Google Patents

Device and method for roughening substrates

Info

Publication number
EP3423229A2
EP3423229A2 EP17706210.6A EP17706210A EP3423229A2 EP 3423229 A2 EP3423229 A2 EP 3423229A2 EP 17706210 A EP17706210 A EP 17706210A EP 3423229 A2 EP3423229 A2 EP 3423229A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spindle
laser beam
jet tool
tool
bore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17706210.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerhard Flores
Martin Freitag
Wolfram Lohse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gehring Technologies GmbH and Co KG
Original Assignee
Gehring Technologies GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gehring Technologies GmbH and Co KG filed Critical Gehring Technologies GmbH and Co KG
Publication of EP3423229A2 publication Critical patent/EP3423229A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/009Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a non-absorbing, e.g. transparent, reflective or refractive, layer on the workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/10Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam
    • B23K26/103Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam the laser beam rotating around the fixed workpiece
    • B23K26/106Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam the laser beam rotating around the fixed workpiece inside the workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/16Removal of by-products, e.g. particles or vapours produced during treatment of a workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/3568Modifying rugosity
    • B23K26/3584Increasing rugosity, e.g. roughening
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702Auxiliary equipment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702Auxiliary equipment
    • B23K26/703Cooling arrangements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702Auxiliary equipment
    • B23K26/705Beam measuring device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702Auxiliary equipment
    • B23K26/706Protective screens
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0211Carriages for supporting the welding or cutting element travelling on a guide member, e.g. rail, track
    • B23K37/0235Carriages for supporting the welding or cutting element travelling on a guide member, e.g. rail, track the guide member forming part of a portal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/04Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work
    • B23K37/0426Fixtures for other work
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/04Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work
    • B23K37/0426Fixtures for other work
    • B23K37/0435Clamps
    • B23K37/0443Jigs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/006Vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/34Coated articles, e.g. plated or painted; Surface treated articles
    • B23K2101/35Surface treated articles

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing roughened surfaces.
  • roughened surfaces are thermally coated after roughening.
  • the aim of the roughening is to achieve a high adhesive strength of the applied metallic or non-metallic layer. It is primarily about the application in cylinder bores in
  • thermal spray coatings are low friction and wear and allow the optimization of internal combustion engines, especially in terms of
  • DE 102009051717 A1 describes a process chain which contains a roughening by laser radiation and subsequent thermal coating.
  • EP 2799180 A2 describes a method for
  • DE 102014207263 AI exclusively describes laser-relevant features, in particular the design of the jet tool with a bifocal optics.
  • the object underlying the invention is to provide manufacturing equipment (devices), blasting tools and methods, which allow the roughening of a substrate surface, in particular the
  • the collimator is rotatably mounted on a carriage and does not participate in the rotational movement of the spindle, it can be simple, reliable and
  • Focusing optics is arranged in the jet tool and therefore participates the rotational movement of the spindle, the quality of the laser beam is improved.
  • the transition between fixed collimator and rotating focusing lens is technically very simple: Because the collimator at least partially immersed in the spindle, can by a
  • Barrier air is minimized, which is located within the spindle and the blasting tool.
  • the independently applicable to the feed movement on the top deck surface can be applied masking, is seconded on a separate carriage.
  • the masking is located on the underside of the Anleggewinkel.
  • the laser beam is fed into the alignable collimator, which transmits the divergent light beam
  • the collimator can be cooled with air or another gaseous or liquid fluid.
  • the collimator may be arranged vertically as shown. Another installation position is possible, but what is
  • the rotating spindle is a small gap, so that only small blow-off losses occur.
  • the gap is e.g. designed as a labyrinth seal, so that a look inside the spindle is not possible.
  • the jet thus processed passes through the hollow spindle and enters the jet tool at the end of the spindle. in the
  • Beam tool is located at the spindle speed rotating focusing lens of focal length f, which focuses the beam on the surface of the bore.
  • Beam tool is a beam deflection, which is designed as a mirror or prism so that no significant heating and no harmful thermal shift arises.
  • the exit angle may differ from the normal direction to the tool axis, depending on the process engineering requirement.
  • the beam passes through the Beam a baffled protective glass, so that no melting material can get into the jet tool and the contamination of the protective window remains low.
  • the jet tool may be provided with an internal liquid or gas cooling system or externally with cooling fins for a
  • machining bore Z-axis movable, so that by a combination of a rotational movement of the spindle and the relative movement of the jet tool and workpiece, the part of the bore to be machined is achieved by the laser beam.
  • This relative movement can be characterized, for example
  • the device comprises a frame and a stand, wherein on the frame a
  • Workpiece receptacle is arranged, wherein at least one base plate is guided displaceably and positionable on the stand in the direction of an X-axis.
  • a workpiece for example, a cylinder block
  • the deflection device in the jet tool can as
  • Embodiments build very compact and have only a relatively small mass, so that even high spindle speeds are possible without the spindle by the occurring
  • the device according to the invention is very flexible
  • a longitudinal axis of the collimator and a Z-axis of the device or a rotation axis of the jet tool can enclose an angle between 0 ° and 90 °. If necessary, a mirror or prism is placed between the collimator and the blasting tool.
  • Collimator opposite end of the tool provided a transparent to the laser beam window in the jet tool. Through this window, the laser beam exits the beam tool.
  • the jet tool has at least one
  • the blocking air can be used at the same time for cooling the jet tool.
  • a masking device is arranged on the base plate, which is guided in a displaceable and positionable manner in the direction of the Z-axis.
  • the masking device may comprise an annular element which is positioned approximately coaxially with the spindle and displaceable in the Z-axis direction.
  • it may have a planar element, which is aligned orthogonal to the Z axis. This will be an optimal one
  • Coverage of the laser beam is achieved so that persons and / or objects are protected in the vicinity of the jet tool.
  • a measuring device for measuring the emerging from the window of the jet tool laser beam is provided on the stand or the frame. This measuring device measures above all the
  • the measured Power density is below a predetermined threshold, then it can be concluded that the window of the spindle is contaminated by impurities and the window must be cleaned. After cleaning, the power of the laser beam returns to 100% of its original value.
  • Measuring devices for measuring the power density of a laser beam are available on the market. In connection with the claimed invention, it should be noted that the measuring device during the machining process
  • the measuring device is positioned so that it is at a certain distance from the window of the laser beam
  • Beam tool is located. The distance between the
  • Measuring device and the jet tool is chosen so that the focal point of the laser beam is not where the measuring device is located. Rather, the measuring device is so far away from the spindle that the laser beam impinges with a larger area than at the focal point and thus with a significantly lower power density on the measuring device. Then, the measurement of the power density can be done quickly and easily, without the measuring device is damaged by the high power density of the laser beam.
  • a cleaning device for the window of the jet tool is provided on the stand or the frame, wherein the
  • Cleaning device a housing having at least one opening and at least one nozzle for a cleaning medium, in particular gas such as C0 2 , a liquid or dry ice, and that the opening in the cleaning medium, in particular gas such as C0 2 , a liquid or dry ice, and that the opening in the cleaning medium, in particular gas such as C0 2 , a liquid or dry ice, and that the opening in the cleaning medium, in particular gas such as C0 2 , a liquid or dry ice, and that the opening in the cleaning medium, in particular gas such as C0 2 , a liquid or dry ice, and that the opening in the cleaning medium, in particular gas such as C0 2 , a liquid or dry ice, and that the opening in the cleaning medium, in particular gas such as C0 2 , a liquid or dry ice, and that the opening in the cleaning medium, in particular gas such as C0 2 , a liquid or dry ice, and that the opening in the cleaning medium, in particular gas such as C0 2 , a liquid or dry
  • the spindle can be rotated and / or the jet tool in the direction of the Z-axis relative to the cleaning device to be moved so that all areas of the window are cleaned evenly well.
  • the cleaning device is arranged displaceably and positionable on a guide, so that it during the roughening process from the working area of
  • Blasting tool can be moved. Only when the window of the blasting tool has to be cleaned, the
  • Strahlwerkzeugs positioned that by moving the jet tool in the direction of the Z-axis at least the window of the jet tool in the opening of the
  • a suction device which has at least two suction lines, wherein preferably for each roughened in a workpiece bore a separate suction line is provided.
  • the suction device has a central suction fan, which is connected to all suction lines.
  • each suction line a closure member, such as a
  • Closure flap is arranged. Basically, the suction lines are closed and only at the
  • Suction lines which are connected to a hole that is being roughened, the closure members are open in the suction line.
  • Pressure losses are minimized. They can be designed, for example, as confusers or diffusers.
  • the Device takes out and touches a new workpiece on the workpiece holder.
  • the workpieces themselves may have so-called index holes.
  • this base frame has index holes that cooperate with complementary arranged pins of the workpiece holder of the device according to the invention so that the holes to be machined Workpiece are positioned exactly. This is important to achieve a consistent quality of bore machining.
  • the laser beam is more or less focused when it hits the surface to be machined of the bore. Accordingly, the power density of the laser beam is different, resulting in different processing results. That is undesirable. Therefore, the sufficiently accurate
  • the Rayleigh length is under the process conditions about 0.6 - 0.8 mm.
  • Positioning accuracy of ⁇ 0.3 - 0.4 mm is therefore sufficient. Such accuracy is easily achieved by a modern machine tool.
  • the jet tool is movable in the direction of the X-axis, a very accurate positioning of the spindle can be made relative to the bore.
  • the invention also relates to a method for roughening substrate surfaces with a device having one of the preceding claims, said method being the
  • Process steps include:
  • Bore is to cover the laser beam by a shield so that the laser beam no damage to the people working there or the existing there
  • the laser beam can be switched on exactly when it hits a surface to be roughened. This saves energy and reduces the effort for
  • the shield is arranged at such a distance from the spindle or the window of the jet tool that the laser beam defocused on the
  • the suction device sucks the air offset with residues from the laser processing from the bore being processed. This first, the air in the immediate vicinity of the device according to the invention is improved and the window of the laser tool is less dirty. This improves the process stability of the roughening process and can lengthen the intervals after which the power of the laser beam must be measured. This increases the productivity of the device according to the invention.
  • the processing is continued directly or the window of the jet tool is cleaned to the performance of the laser beam again to the original value.
  • Figure 1 is an overall view of the invention
  • FIG. 4 a schematic representation of the measuring device for measuring the performance of the laser beam
  • Figure 5 is a schematic representation of a
  • Figure 6 shows a detail of the suction device according to the invention
  • Figure 7 shows an embodiment of a handling device according to the invention.
  • FIG 1 is an embodiment of a
  • inventive device 1 shown in an isometric and somewhat simplified. It comprises a frame 3 and a stand 5. On the frame 3 are a
  • the handling device 9 may, as indicated in Figure 1, be designed as an exchange gripper.
  • the workpieces 11 are in this embodiment
  • two spindles 27 are arranged on base plates 13 in these embodiments, which are movable and positionable in the direction of the X-axis.
  • a guide and a drive and measuring devices for detecting the position of the base plates 13 are present.
  • blasting tools 33 Arranged on the spindles 27 are blasting tools 33, which will be explained in more detail below in connection with FIGS. 2 and 3.
  • the blasting tools 33 can be operated independently of each other and moved along the X-axis and the Z-axis. This makes it possible, at the same time or offset in time, several more Holes in one or more workpieces 11 to
  • a measuring device 17 for measuring the power density or the laser beam is arranged between the beam tools 33. This measuring device will be explained in more detail in connection with FIG.
  • FIG. 2 shows a detail of FIG. 1, namely a
  • Blasting tool 33 which is connected to the spindle 27 and is movable in the direction of a Z-axis.
  • the linear guide also includes a
  • Linear drive and sensors for detecting the position of the jet tool along the Z-axis are known from the prior art and because of
  • a carriage 29 On the linear guide 21, a carriage 29 is arranged.
  • the carriage 29 is movable in the direction of the Z-axis.
  • the carriage 29 carries a collimator 25 and a
  • the collimator 25 is connected in this embodiment via an elbow 22 fixed to the carriage 29.
  • the collimator 25 protrudes partially into the spindle 27, which is mounted rotatably mounted on the carriage 29.
  • a rotary drive for the spindle 27 is provided with the reference numeral 31.
  • the rotary drive 31 is also attached to the carriage 29.
  • a jet tool 33 is connected to the spindle 27.
  • a deflection device and a window are arranged (see FIG. 3).
  • Deflection device and the window are largely hidden in the figure 2 by a masking device 35.
  • the masking device 35 is on a separate
  • Carriage 37 guided on the guide 21 and can in
  • the masking device 35 is an annular structure which is concentric to the longitudinal axis of the spindle 27 or of the jet tool 33
  • the masking device 35 is preferably made of copper because copper is the energy of
  • Laser beam can absorb well and because of its good thermal conductivity, this energy dissipates quickly.
  • Blasting tool 33 is attached.
  • the jet tool 33 is shown partially cut.
  • a focusing lens 39 is arranged in the beam tool 33.
  • the focusing lens 39 focuses the light of a laser beam 55, which is rectified by the collimator 25, onto a focal point F which is outside the focal point F
  • Beam tool is located. Where the focal point F is the surface of the bore 61 to be machined.
  • Machining width of the jet tool 33 are moved. This process is repeated until the whole too
  • machining surface of the bore 61 is roughened.
  • Beam tool 33 can be moved and positioned in the direction of the X-axis. For then the axis of rotation of the jet tool 33 can optimally to the longitudinal axis of
  • machining bore 61 can be aligned. This can be supported if necessary by measuring devices which detect the exact position of the bore to be machined, so that an optimal
  • Processing quality is guaranteed, even if the Holes 61 in the workpiece 11 due to manufacturing certain position tolerances.
  • a flange 41 is visible. This flange is part of the tool spindle 27. About this flange, the jet tool 33 is screwed to the spindle 27. The jet tool 33 is replaceable, so that depending on the length of the bore to be machined and / or
  • a suitable blasting tool 33 can be attached to the spindle 27.
  • Blasting tool 33 are adapted to different bore diameter.
  • the distance of the focal point F from the axis of rotation of the spindle 27 is usually set so that it coincides with the surface of the bore 61 to be machined.
  • a spring 51 compensates for temperature fluctuations, so that a play-free installation of the focusing lens 39 is ensured.
  • Embodiment consists of a deflection mirror.
  • the deflecting device 53 comprises a prism.
  • the laser beam 55 is getting thinner, starting from the focusing lens 39, until it finally reaches the focal point F. Naturally, the power density is highest there.
  • the laser beam 55 leaves the beam tool 33 through a window 57, which is transparent to the laser beam and prevents impurities from entering the inside of the laser beam
  • Beam tool 33 can get.
  • a blocking air inlet 59 is shown at the upper end of the jet tool 33 in FIG. 3.
  • the sealing air passes through the interior of the jet tool to the lower end of the same and occurs there via a nozzle (not visible in Figure 3) so that an air curtain is placed over the outside of the window 57 and consequently no
  • Contaminants reach the surface of the window 57.
  • Such impurities when deposited on the window 57 reduces the power density or the power of the laser beam at the focal point F and thus also the work result of the jet tool
  • the blocking air supply 59 is an effective means to increase process reliability.
  • Beam tool 33 is rotated once through 360 °, the focal point F moves on a circular path once over the bore 61 and there causes the desired roughening of the surface. Now, if this rotational movement is combined with a feed direction in the direction of the Z-axis, then there is a helix on which the focus F travels over the surface of the bore 61, so that the entire surface of the
  • Hole 61 can be roughened. It goes without saying that the feed rate and the rotational speed of the spindle 27 must be coordinated so that the entire surface of the bore 61 is roughened.
  • a measuring device 63 is provided on the device according to the invention, the
  • a measuring field of the measuring device is designated by the reference numeral 65. It is so
  • Measuring device 63 is tilted.
  • the measuring device 63 is movable in the direction of a double arrow 67, so that a distance R at the window of the
  • Beam tool and the measuring field 65 is adjustable. In the position shown in Figure 4 is the
  • Double arrow 67 moves to the top right until the distance R has the desired value. It is important to ensure that the measuring field 65 is not in the focal point F of the laser beam, because then the power density of the laser beam 55 is so high that the measuring field 65 is damaged. Therefore, therefore, the measuring field 65 is positioned so that the laser beam 55 is not at its maximum
  • Power density impinges on the measuring field 65, but has a power density that causes no damage to the measuring field 65.
  • Cleaning device 69 comprises a housing 71 with an opening 73. Furthermore, there is a supply opening 74 for the cleaning medium, preferably dry ice.
  • the cleaning device 69 is movable in the direction of an X-axis, so that the cleaning device 69 is brought outside the working range of the jet tool 33, when the laser roughened a hole.
  • FIG. 5 shows the position of the cleaning device 69 in which the jet tool 33 or the window 57 at the lower end of the jet tool 33 can be cleaned.
  • the window 57 is just visible in the opening 73 of the housing 71.
  • the window 57 is aligned so that it is directly from the cleaning medium, which passes through the supply port 75 into the interior of the housing 71, is applied.
  • Dry ice is used because this dry ice has a very good cleaning effect and evaporates without leaving any residue. The remaining contaminants fall down and can be collected and removed at the lower end of the housing 71.
  • Embodiment are four holes 61 in one
  • the upper ends 84 of the suction lines 77 in FIG. 6 are designed, for example as confusers, that the
  • the workpieces 11 are using

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for roughening cylinder bores using a beam tool and offering a very high level of process reliability even for a large quantity.

Description

Titel : Vorrichtung und Verfahren zum Aufrauen von Title: Device and method for roughening
Substraten  substrates
Besehreibung Besehreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von aufgerauten Oberflächen. Diese The invention relates to a method and an apparatus for producing roughened surfaces. These
aufgerauten Oberflächen werden nach dem Aufrauen thermisch beschichtet. Das Ziel der Aufrauhung ist es, eine hohe Haft zugsfestigkeit der aufgetragenen metallischen oder nicht-metallischen Schicht zu erreichen. Dabei geht es vornehmlich um die Anwendung in Zylinderbohrungen in roughened surfaces are thermally coated after roughening. The aim of the roughening is to achieve a high adhesive strength of the applied metallic or non-metallic layer. It is primarily about the application in cylinder bores in
Verbrennungsmotoren. Die thermischen Spritzschichten sind reibungs- und verschleißarm und erlauben die Optimierung von Verbrennungsmotoren, besonders hinsichtlich der Internal combustion engines. The thermal spray coatings are low friction and wear and allow the optimization of internal combustion engines, especially in terms of
Verringerung der Abgasemissionen. Nach dem Aufrauen und dem thermischen Beschichten erfolgt eine finale Honoperation in mehreren Schritten, welche die spritzraue Oberfläche zu einer tribologisch geeigneten Topografie vorteilhaft verändert . Reduction of exhaust emissions. After roughening and thermal coating, a final honing operation takes place in several steps, which increase the spray-roughened surface a tribologically suitable topography changed advantageous.
Die DE 102009051717 AI beschreibt eine Prozesskette, welche eine Aufrauhung durch Laserstrahlung und nachfolgendes thermisches Beschichten enthält. DE 102009051717 A1 describes a process chain which contains a roughening by laser radiation and subsequent thermal coating.
Die EP 2799180 A2 beschreibt ein Verfahren zur EP 2799180 A2 describes a method for
Oberflächenstrukturierung, welche dem thermischen Surface structuring, which the thermal
Beschichten vorausgeht. Der Fokus dieser Anmeldung liegt auf den Eigenschaften des Laserstrahls und deren Coating precedes. The focus of this application is on the properties of the laser beam and their
Parametrisierung . Parameterization.
Ebenso beschreibt die DE 102014207263 AI ausschließlich laserrelevante Merkmale, insbesondere die Ausführung des Strahlwerkzeuges mit einer bifokalen Optik. Likewise, DE 102014207263 AI exclusively describes laser-relevant features, in particular the design of the jet tool with a bifocal optics.
Keine der genannten Druckschriften enthält Hinweise darauf, wie das Aufrauen von Zylinderbohrungen in einer None of the cited references contains indications as to the roughening of cylinder bores in one
Großserienfertigung umsetzbar ist. Mass production is feasible.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, Fertigungseinrichtungen (Vorrichtungen) , Strahlwerkzeuge und Verfahren bereitzustellen, welche es ermöglichen, das Aufrauen einer Substratoberfläche, insbesondere der The object underlying the invention is to provide manufacturing equipment (devices), blasting tools and methods, which allow the roughening of a substrate surface, in particular the
Zylinderbohrungen einer Brennkraftmaschine, Cylinder bores of an internal combustion engine,
vollautomatisch, prozesssicher und mit einer Taktzeit von weniger als einer Minute durchzuführen. fully automatic, reliable and with a cycle time of less than one minute.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Aufrauen von Oberflächen gemäß Anspruch 1 gelöst. Dieses Konzept erlaubt eine kompakte Bauweise des This object is achieved by a device for roughening surfaces according to claim 1. This concept allows a compact design of the
Strahlwerkzeugs . Blasting tool.
Dadurch, dass der Kollimator drehfest auf einem Schlitten angeordnet ist und die Drehbewegung der Spindel nicht mitmacht, kann er auf einfache, zuverlässige und The fact that the collimator is rotatably mounted on a carriage and does not participate in the rotational movement of the spindle, it can be simple, reliable and
verlustarme Weise, zum Beispiel über einen Lichtleiter, mit einer Strahlquelle verbunden werden. low-loss manner, for example via a light guide to be connected to a beam source.
Dadurch, dass die die fokussierende Linse oder die The fact that the focusing lens or the
Fokussieroptik in dem Strahlwerkzeug angeordnet ist und deshalb die Drehbewegung der Spindel mitmacht, wird die Qualität des Laserstrahls verbessert. Der Übergang zwischen feststehendem Kollimator und drehender Fokussierlinse ist technisch sehr einfach: Weil der Kollimator mindestens teilweise in die Spindel eintaucht, kann durch eine Focusing optics is arranged in the jet tool and therefore participates the rotational movement of the spindle, the quality of the laser beam is improved. The transition between fixed collimator and rotating focusing lens is technically very simple: Because the collimator at least partially immersed in the spindle, can by a
einfache Labyrinthdichtung zwischen Kollimator und der drehbaren Spindel sicher und zuverlässig verhindert werden, dass in diesem Übergangs-Bereich Laserstrahlen austreten, was unerwünscht ist, weil es eine Gefährdung von Personen und Sachen darstellt. Außerdem wird der Verlust von simple labyrinth seal between the collimator and the rotatable spindle safely and reliably prevent laser beams from escaping in this transitional area, which is undesirable because it poses a danger to persons and property. In addition, the loss of
Sperrluft minimiert, welche sich innerhalb der Spindel und dem Strahlwerkzeug befindet. Barrier air is minimized, which is located within the spindle and the blasting tool.
Durch die mitdrehende Fokussieroptik oder eine mitdrehende fokussierende Linse wird die zentrische Position des Due to the co-rotating focusing optics or a co-rotating focusing lens, the centric position of the
Laserstrahls sehr genau eingehalten, was die Laser beam very accurately adhered to what the
Bearbeitungsqualität verbessert. Processing quality improved.
Das Verfahren in Richtung der Z-Achse und die Drehung der Spindel stellt sicher, dass die Zylinderbohrung The procedure in the Z-axis direction and the rotation of the spindle ensures that the cylinder bore
flächendeckend aufgeraut wird. Hierzu ist es notwendig, die Überlagerung der Drehbewegung durch eine Regelung/Steuerung so abzustimmen, dass definierte Vorschubbewegungen realisierbar sind. Die Drehung des Spindelmotors wird auf die Spindel übertragen, welche konstruktiv in die kompakte Spindeleinheit integriert ist. roughened all over. For this purpose, it is necessary to tune the superposition of the rotational movement by a control / control so that defined feed movements are feasible. The rotation of the spindle motor is transferred to the spindle, which is structurally integrated into the compact spindle unit.
Die unabhängig von der Vorschubbewegung auf der Top- Deckfläche anlegbare Maskierung, ist auf einem separaten Schlitten abgeordnet. Die Maskierung befindet sich auf der Unterseite des Anlegewinkels. The independently applicable to the feed movement on the top deck surface can be applied masking, is seconded on a separate carriage. The masking is located on the underside of the Anleggewinkel.
Der Laserstrahl wird in den ausrichtbaren Kollimator eingespeist, welcher den divergenten Lichtstrahl The laser beam is fed into the alignable collimator, which transmits the divergent light beam
parallelisiert . Der Kollimator kann bei Bedarf mit Luft oder einem anderen gasförmigen oder flüssigen Fluid gekühlt werden . parallelized. If necessary, the collimator can be cooled with air or another gaseous or liquid fluid.
Der Kollimator kann wie gezeigt senkrecht angeordnet sein. Auch eine andere Einbaulage ist möglich, was jedoch The collimator may be arranged vertically as shown. Another installation position is possible, but what
optische Bauelemente zur Strahlumlenkung erfordert. optical components for beam deflection requires.
Zwischen dem nicht rotierenden Kollimator und der Between the non-rotating collimator and the
rotierenden Spindel befindet sich ein geringer Spalt, so dass nur geringe Abblasverluste entstehen. Darüber hinaus ist der Spalt z.B. als Labyrinthdichtung ausgeführt, so dass ein Einblick ins Innere der Spindel nicht möglich ist. Der so aufbereitete Strahl durchläuft die Hohlspindel und tritt am Spindelende in das Strahlwerkzeug ein. Im rotating spindle is a small gap, so that only small blow-off losses occur. In addition, the gap is e.g. designed as a labyrinth seal, so that a look inside the spindle is not possible. The jet thus processed passes through the hollow spindle and enters the jet tool at the end of the spindle. in the
Strahlwerkzeug befindet sich die sich mit Spindeldrehzahl drehende Fokussierlinse der Brennweite f, welche den Strahl auf die Oberfläche der Bohrung fokussiert. In dem Beam tool is located at the spindle speed rotating focusing lens of focal length f, which focuses the beam on the surface of the bore. By doing
Strahlwerkzeug befindet sich eine Strahlumlenkung, welche als Spiegel oder Prisma so ausgeführt ist, dass keine signifikante Erwärmung und kein schädlicher thermischer Fokusshift entsteht. Der Austrittswinkel kann je nach prozesstechnischer Anforderung von der Normalrichtung zur Werkzeugachse abweichen. Am Strahlaustritt durchläuft der Strahl ein sperrluftumspühltes Schutzglas, so dass kein Schmelzmaterial in das Strahlwerkzeug gelangen kann und die Verschmutzung des Schutzfensters gering bleibt. Die Beam tool is a beam deflection, which is designed as a mirror or prism so that no significant heating and no harmful thermal Fokusshift arises. The exit angle may differ from the normal direction to the tool axis, depending on the process engineering requirement. The beam passes through the Beam a baffled protective glass, so that no melting material can get into the jet tool and the contamination of the protective window remains low. The
symmetrische Massenverteilung besonders am unteren Ende des Strahlwerkzeuges verbessert den Rundlauf auch bei hohen Drehzahlen. Dennoch ist in der Regel ein genaues Auswuchten des Strahlwerkzeugs notwendig. Symmetrical mass distribution especially at the lower end of the jet tool improves concentricity even at high speeds. Nevertheless, an exact balancing of the jet tool is usually necessary.
Es ist zu erwähnen, dass die Fokussierung justierbar ist. Dies kann sowohl manuell als auch automatisch erfolgen. Das Strahlwerkzeug kann mit einem inneren Flüssigkeits- oder Gas-Kühlsystem oder außen mit Kühlrippen für eine It should be noted that the focus is adjustable. This can be done manually as well as automatically. The jet tool may be provided with an internal liquid or gas cooling system or externally with cooling fins for a
Konvektionskühlung ausgeführt sein. Convection cooling be executed.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Strahlwerkzeug und das zu bearbeitende Werkstück relativ zueinander in Richtung einer Längsachse der zu In an advantageous embodiment of the invention, the jet tool and the workpiece to be machined relative to each other in the direction of a longitudinal axis of the
bearbeitenden Bohrung (Z-Achse) verfahrbar, so dass durch eine Kombination aus einer Drehbewegung der Spindel und der Relativbewegung von Strahlwerkzeug und Werkstück die zu bearbeitende Teil der Bohrung von dem Laserstrahl erreicht wird . machining bore (Z-axis) movable, so that by a combination of a rotational movement of the spindle and the relative movement of the jet tool and workpiece, the part of the bore to be machined is achieved by the laser beam.
Diese Relativbewegung kann beispielsweise dadurch This relative movement can be characterized, for example
realisiert werden, dass die Vorrichtung ein Gestell und einen Ständer umfasst, wobei auf dem Gestell eine be realized that the device comprises a frame and a stand, wherein on the frame a
Werkstück-Aufnahme angeordnet ist, wobei mindestens eine Grundplatte an dem Ständer in Richtung einer X-Achse verschiebbar und positionierbar geführt ist. Durch diese Anordnung ist es auch möglich, eine oder mehrere Bohrungen eines Werkstücks (zum Beispiel einen Zylinderblock) aufzurauen, indem das Strahlwerkzeug in Richtung der Z- Achse in die aufzurauende Bohrung hineinbewegt wird. Die Umlenkeinrichtung in dem Strahlwerkzeug kann als Workpiece receptacle is arranged, wherein at least one base plate is guided displaceably and positionable on the stand in the direction of an X-axis. By this arrangement, it is also possible to roughen one or more holes of a workpiece (for example, a cylinder block) by moving the jet tool in the direction of the Z-axis in the hole to be roughened. The deflection device in the jet tool can as
Spiegel und/oder als Prisma ausgebildet sein. Beide Mirror and / or be designed as a prism. Both
Ausführungsformen bauen sehr kompakt und haben nur eine relativ geringe Masse, sodass auch hohe Spindeldrehzahlen möglich sind, ohne die Spindel durch die auftretenden Embodiments build very compact and have only a relatively small mass, so that even high spindle speeds are possible without the spindle by the occurring
Fliehkräfte zu verformen oder in anderer Weise zu To deform centrifugal forces or otherwise
überlasten. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Strahlwerkzeugs erhöht. overburden. As a result, the performance of the blasting tool according to the invention is increased.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sehr flexibel The device according to the invention is very flexible
bezüglich der Anordnung des Kollimators relativ zu der Spindel bzw. dem Strahlwerkzeug. So können eine Längsachse des Kollimators und eine Z-Achse der Vorrichtung bzw. einer Drehachse des Strahlwerkzeugs einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließen. Bei Bedarf wird ein Spiegel oder ein Prisma zwischen dem Kollimator und dem Strahlwerkzeug angeordnet . concerning the arrangement of the collimator relative to the spindle or the blasting tool. Thus, a longitudinal axis of the collimator and a Z-axis of the device or a rotation axis of the jet tool can enclose an angle between 0 ° and 90 °. If necessary, a mirror or prism is placed between the collimator and the blasting tool.
Um sicherzustellen, dass Verunreinigungen nicht in das Innere der Spindel gelangen können, ist an einem dem To ensure that impurities can not get inside the spindle, is on a
Kollimator entgegengesetzten Ende des Werkzeugs ein für den Laserstrahl transparentes Fenster in dem Strahlwerkzeug vorgesehen. Durch dieses Fenster tritt der Laserstrahl aus dem Strahlwerkzeug aus. Collimator opposite end of the tool provided a transparent to the laser beam window in the jet tool. Through this window, the laser beam exits the beam tool.
Außerdem weist das Strahlwerkzeug mindestens einen In addition, the jet tool has at least one
Sperrluftkanal und eine Austrittsöffnung für die Sperrluft auf. Die Austrittsöffnung für die Sperrluft ist so Barrier air channel and an outlet opening for the sealing air. The outlet for the sealing air is so
ausgerichtet, dass die aus der Austrittsöffnung austretende Sperrluft Verunreinigungen von dem Fenster abhält. Dadurch wird über eine lange Betriebsdauer eine konstante Leistung bzw. Leistungsdichte des Laserstrahls erzielt. Anders ausgedrückt: Die Intervalle zwischen den periodisch aligned so that the exiting the outlet opening blocking air prevents contamination from the window. As a result, a constant power or power density of the laser beam is achieved over a long period of operation. In other words: the intervals between the periodic
erforderlichen Reinigungen des Fensters werden verlängert. Beides trägt dazu bei, die Produktivität des required cleanings of the window will be extended. Both contribute to the productivity of the
erfindungsgemäßen Strahlwerkzeugs zu erhöhen. Die Sperrluft kann gleichzeitig zur Kühlung des Strahlwerkzeugs verwendet werden . to increase jet tool according to the invention. The blocking air can be used at the same time for cooling the jet tool.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kollimator über ein Lichtleitkabel mit einer Laserlichtquelle It has proved to be advantageous if the collimator via a light guide cable with a laser light source
verbunden ist. Sowohl die Laserlichtquelle als auch der Kollimator und das Lichtleitkabel führen keine connected is. Both the laser light source as well as the collimator and the light guide lead no
Drehbewegungen aus, was den konstruktiven Aufbau der Rotary movements, what the structural design of the
Vorrichtung und des Strahlwerkzeugs vereinfacht und die Zuverlässigkeit erhöht. Simplifies device and the jet tool and increases the reliability.
Um sicherzustellen, dass der Laserstrahl nicht aus dem eigentlichen Arbeitsbereich hinausgelangt, ist an der Grundplatte eine Maskierungsvorrichtung angeordnet, die in Richtung der Z-Achse verschiebbar und positionierbar geführt ist. To ensure that the laser beam does not get out of the actual work area, a masking device is arranged on the base plate, which is guided in a displaceable and positionable manner in the direction of the Z-axis.
Die Maskierungsvorrichtung kann ein ringförmiges Element aufweisen, das in etwa koaxial zu der Spindel positioniert und in Richtung der Z-Achse verschiebbar ist. Außerdem kann sie ein flächiges Element aufweisen, das orthogonal zur Z- Achse ausgerichtet ist. Dadurch wird eine optimale The masking device may comprise an annular element which is positioned approximately coaxially with the spindle and displaceable in the Z-axis direction. In addition, it may have a planar element, which is aligned orthogonal to the Z axis. This will be an optimal one
Abdeckung des Laserstrahls erreicht, so dass Personen und/oder Gegenstände in der Nähe des Strahlwerkzeugs geschützt sind. Coverage of the laser beam is achieved so that persons and / or objects are protected in the vicinity of the jet tool.
Um eine gleichbleibend hohe Bearbeitungsqualität des To a consistently high quality of the
Strahlwerkzeugs sicherzustellen, ist an dem Ständer oder dem Gestell eine Messeinrichtung zur Messung des aus dem Fenster des Strahlwerkzeugs austretenden Laserstrahls vorgesehen. Diese Messeinrichtung misst vor allem die To ensure beam tool, a measuring device for measuring the emerging from the window of the jet tool laser beam is provided on the stand or the frame. This measuring device measures above all the
Leistungsdichte des Laserstrahls. Wenn die gemessene Leistungsdichte unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts ist, dann kann daraus geschlossen werden, dass das Fenster der Spindel durch Verunreinigungen verschmutzt ist und das Fenster gereinigt werden muss. Nach der Reinigung ist die Leistungsfähigkeit des Laserstrahls wieder bei 100% des Ursprungswerts . Power density of the laser beam. When the measured Power density is below a predetermined threshold, then it can be concluded that the window of the spindle is contaminated by impurities and the window must be cleaned. After cleaning, the power of the laser beam returns to 100% of its original value.
Messeinrichtungen zur Messung der Leistungsdichte eines Laserstrahls sind am Markt verfügbar. Im Zusammenhang mit der beanspruchten Erfindung ist darauf hinzuweisen, dass die Messeinrichtung während des Bearbeitungsvorgangs Measuring devices for measuring the power density of a laser beam are available on the market. In connection with the claimed invention, it should be noted that the measuring device during the machining process
(Aufrauen einer Bohrung) aus dem Arbeitsbereich des (Roughening a hole) from the working area of the
erfindungsgemäßen Strahlwerkzeugs herausgefahren wird. moved out beam tool according to the invention.
Wenn die Leistungsdichte des Laserstrahls gemessen werden soll, wird die Messeinrichtung so positioniert, dass sie sich in einem bestimmten Abstand zu dem Fenster des If the power density of the laser beam is to be measured, the measuring device is positioned so that it is at a certain distance from the window of the laser beam
Strahlwerkzeugs befindet. Der Abstand zwischen dem Beam tool is located. The distance between the
Messeinrichtung und dem Strahlwerkzeug ist so gewählt, dass der Brennpunkt des Laserstrahls nicht dort ist, wo sich die Messeinrichtung befindet. Vielmehr ist die Messeinrichtung so weit von der Spindel entfernt, dass der Laserstrahl mit einer größeren Fläche als im Brennpunkt und damit mit einer deutlich geringeren Leistungsdichte auf der Messeinrichtung auftrifft. Dann kann die Messung der Leistungsdichte rasch und einfach erfolgen, ohne dass die Messeinrichtung durch die hohe Leistungsdichte des Laserstrahls beschädigt wird. Measuring device and the jet tool is chosen so that the focal point of the laser beam is not where the measuring device is located. Rather, the measuring device is so far away from the spindle that the laser beam impinges with a larger area than at the focal point and thus with a significantly lower power density on the measuring device. Then, the measurement of the power density can be done quickly and easily, without the measuring device is damaged by the high power density of the laser beam.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist an dem Ständer oder dem Gestell eine Reinigungseinrichtung für das Fenster des Strahlwerkzeugs vorgesehen ist, wobei die In a further advantageous embodiment, a cleaning device for the window of the jet tool is provided on the stand or the frame, wherein the
Reinigungseinrichtung ein Gehäuse mit mindestens einer Öffnung und mindestens einer Düse für ein Reinigungsmedium, insbesondere Gas wie zum Beispiel C02, eine Flüssigkeit oder Trockeneis, umfasst, und dass die Öffnung in dem Cleaning device, a housing having at least one opening and at least one nozzle for a cleaning medium, in particular gas such as C0 2 , a liquid or dry ice, and that the opening in the
Gehäuse und auch in des Strahlwerkzeugs, mindestens jedoch des Fensters des Strahlwerkzeugs in das Gehäuse erlaubt. Dadurch ist es möglich, mit einem Reinigungsmedium, bevorzugt Trockeneis, Verunreinigungen auf dem Fenster der Spindel wirkungsvoll und prozesssicher zu entfernen, sodass nach Reinigungsvorgang wieder die volle Leistungsfähigkeit des Strahlwerkzeugs hergestellt ist. Während des Housing and also allowed in the jet tool, but at least the window of the jet tool in the housing. This makes it possible, with a cleaning medium, preferably dry ice, to remove impurities on the window of the spindle effectively and reliably, so that after cleaning process again the full performance of the jet tool is made. During the
Reinigungsvorgangs kann die Spindel gedreht werden und/oder das Strahlwerkzeug in Richtung der Z-Achse relativ zu der Reinigungseinrichtung bewegt werden, so dass alle Bereiche des Fensters gleichmäßig gut gereinigt werden. Cleaning process, the spindle can be rotated and / or the jet tool in the direction of the Z-axis relative to the cleaning device to be moved so that all areas of the window are cleaned evenly well.
Auch die Reinigungseinrichtung ist auf einer Führung verschiebbar und positionierbar angeordnet, sodass sie während des Aufrauvorgangs aus dem Arbeitsbereich des The cleaning device is arranged displaceably and positionable on a guide, so that it during the roughening process from the working area of
Strahlwerkzeugs bewegt werden kann. Nur wenn das Fenster des Strahlwerkzeugs gereinigt werden muss, wird die Blasting tool can be moved. Only when the window of the blasting tool has to be cleaned, the
Reinigungseinrichtung so in dem Arbeitsbereich des Cleaning device so in the work area of the
Strahlwerkzeugs positioniert, dass durch Verfahren des Strahlwerkzeugs in Richtung der Z-Achse mindestens das Fenster des Strahlwerkzeugs in die Öffnung der Strahlwerkzeugs positioned that by moving the jet tool in the direction of the Z-axis at least the window of the jet tool in the opening of the
Reinigungseinrichtung einfährt und es dort zum Beispiel mit Trockeneis gereinigt werden kann. Retracts cleaning device and it can be cleaned there, for example, with dry ice.
Um die Luftbelastung in der Umgebung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu minimieren und gleichzeitig die In order to minimize the air pollution in the environment of the device according to the invention and at the same time
Verschmutzung des Fensters durch das Verdampfen und Pollution of the window by evaporation and
teilweise Aufschmelzen der Oberfläche der zu bearbeitenden Bohrung entstehenden Verunreinigungen zu minimieren, ist eine Absaugeinrichtung vorgesehen, die mindestens zwei Absaugleitungen aufweist, wobei bevorzugt für jede in einem Werkstück aufzurauende Bohrung eine separate Absaugleitung vorgesehen ist. Die Absaugeinrichtung weist ein zentrales Sauggebläse auf, das mit allen Absaugleitungen verbunden ist. To minimize partial melting of the surface of the bore to be machined impurities, a suction device is provided which has at least two suction lines, wherein preferably for each roughened in a workpiece bore a separate suction line is provided. The suction device has a central suction fan, which is connected to all suction lines.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in jeder Absaugleitung ein Verschlussorgan, wie zum Beispiel eine  According to the invention it is provided that in each suction line a closure member, such as a
Verschlussklappe, angeordnet ist. Grundsätzlich sind die Absaugleitungen verschlossen und nur bei den Closure flap, is arranged. Basically, the suction lines are closed and only at the
Absaugleitungen, die mit einer Bohrung verbunden sind, die gerade aufgeraut werden, sind die Verschlussorgane in der Absaugleitung geöffnet. Suction lines, which are connected to a hole that is being roughened, the closure members are open in the suction line.
Wenn also beispielsweise vier Bohrungen in dem Werkstück vorhanden sind und nur eine Bohrung auf einmal aufgeraut wird, dann sind drei Abbsaugleitungen verschlossen und nur eine Bohrung ist mit dem Absauggebläse verbunden. Dadurch wird der Leistungsbedarf des Sauggebläses minimiert, ohne die Wirksamkeit der Absaugeinrichtung nachteilig zu So if, for example, four holes are present in the workpiece and only one hole is roughened at once, then three Abbsaugleitungen are closed and only one hole is connected to the exhaust fan. As a result, the power requirement of the suction fan is minimized without adversely affecting the efficiency of the suction device
beeinträchtigen . affect.
Die Übergänge zwischen den zu bearbeitenden Bohrungen und den Absaugleitungen sind so gestaltet, dass die The transitions between the holes to be machined and the suction lines are designed so that the
Druckverluste minimiert werden. Sie können zum Beispiel als Konfusoren oder Diffusoren ausgebildet sein. Pressure losses are minimized. They can be designed, for example, as confusers or diffusers.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist eine In a further advantageous embodiment is a
Handhabungseinrichtung vorgesehen, welche die fertig bearbeiteten Werkstücke aus der erfindungsgemäßen Handling device provided which the finished workpieces from the inventive
Vorrichtung herausnimmt und ein neues Werkstück auf die Werkstückaufnahme aufsetzt. Die Werkstücke selbst können sogenannte Indexbohrungen aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Werkstücke auf einem Grundgestell Device takes out and touches a new workpiece on the workpiece holder. The workpieces themselves may have so-called index holes. Alternatively, it is also possible that the workpieces on a base frame
aufgenommen werden und dieses Grundgestell Indexbohrungen aufweist, die mit komplementär angeordneten Stiften der Werkstückaufnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung so zusammenwirken, dass die zu bearbeiteten Bohrungen des Werkstücks exakt positioniert werden. Dies ist wichtig, um eine gleichmäßige Qualität der Bohrungsbearbeitung zu erreichen . be received and this base frame has index holes that cooperate with complementary arranged pins of the workpiece holder of the device according to the invention so that the holes to be machined Workpiece are positioned exactly. This is important to achieve a consistent quality of bore machining.
Wenn die Drehachse des Strahlwerkzeugs nicht mit der Achse der zu bearbeiteten Bohrung zusammenfällt, dann ist bei einer Umdrehung der Spindel der Laserstrahl mehr oder weniger stark fokussiert, wenn er auf die zu bearbeitende Oberfläche der Bohrung trifft. Dementsprechend ist die Leistungsdichte des Laserstrahls verschieden, was zu unterschiedlichen Bearbeitungsergebnissen führt. Das ist unerwünscht. Daher ist die ausreichend genaue If the axis of rotation of the jet tool does not coincide with the axis of the bore to be machined, then during one revolution of the spindle, the laser beam is more or less focused when it hits the surface to be machined of the bore. Accordingly, the power density of the laser beam is different, resulting in different processing results. That is undesirable. Therefore, the sufficiently accurate
Positionierung der Bohrungen relativ zu der Drehachse der Spindel des Strahlwerkzeugs wichtig für eine prozesssichere Großserienfertigung. Ein besonderer Vorteil des Positioning of the holes relative to the axis of rotation of the spindle of the jet tool important for a process-safe mass production. A special advantage of
erfindungsgemäßen Aufrauens durch einen Laserstrahl ist darin zu sehen, dass die Anforderungen an die According to the invention by a laser beam can be seen in the fact that the requirements of the
Positioniergenauigkeit nicht besonders hoch sind, da der Laserstrahl innerhalb der Rayleighlänge quasi eine Positioning accuracy are not particularly high, since the laser beam within the Rayleighlänge quasi a
konstante Intensität aufweist. Die Rayleighlänge beträgt unter den Prozessbedingungen ca. 0,6 - 0,8 mm. Eine has constant intensity. The Rayleigh length is under the process conditions about 0.6 - 0.8 mm. A
Positioniergenauigkeit von ± 0,3 - 0,4 mm ist deshalb ausreichend. Eine solche Genauigkeit wird von einer modernen Werkzeugmaschine ohne weiteres erreicht. Positioning accuracy of ± 0.3 - 0.4 mm is therefore sufficient. Such accuracy is easily achieved by a modern machine tool.
Weil das Strahlwerkzeug in Richtung der X-Achse verfahrbar ist, kann auch eine sehr genaue Positionierung der Spindel relativ zu der Bohrung vorgenommen werden. Because the jet tool is movable in the direction of the X-axis, a very accurate positioning of the spindle can be made relative to the bore.
Fertigungsbedingte Abweichungen der Positionierung der Bohrung in dem zu bearbeitenden Werkstück können dadurch ausgeglichen werden. Die oben erwähnte Production-related deviations of the positioning of the bore in the workpiece to be machined can be compensated. The above mentioned
Positioniergenauigkeit des Strahlwerkezugs relativ zu der Mitte der zu bearbeitenden Bohrung wird problemlos  Positioning accuracy of the jet train relative to the center of the bore to be machined is easy
erreicht, auch wenn das Strahlwerkzeug nur in Richtung der X-Achse und nicht in Richtung der Y-Achse verfahrbar ist. Dadurch ergibt sich ein vergleichsweise einfacher und kostengünstiger Aufbau der erfindungsgemäßen achieved, even if the blasting tool only in the direction of X-axis and not in the direction of the Y-axis is movable. This results in a comparatively simple and cost-effective design of the invention
FertigungsVorrichtung . Manufacturing device.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Aufrauen von Substratoberflächen mit einer Vorrichtung mit einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses Verfahren die The invention also relates to a method for roughening substrate surfaces with a device having one of the preceding claims, said method being the
Verfahrensschritte umfasst: Process steps include:
- Aufsetzen der Maskierungsvorrichtung auf die - placing the masking device on the
Stirnfläche der Bohrung, deren Oberfläche aufgeraut werden soll,  Face of the hole whose surface is to be roughened,
- Einfahren der Spindel in die Bohrung sowie  - Retracting the spindle into the hole as well
- Drehen der Spindel  - Turn the spindle
- und/oder Verfahren der Spindel (27) und/oder des  - And / or method of the spindle (27) and / or the
Werkstücks (11) in Richtung der Z-Achse, so dass der Laserstrahl mit definiertem Vorschub die zu  Workpiece (11) in the Z-axis direction, so that the laser beam with a defined feed to
bearbeitende Oberfläche der Bohrung (61) in Form einer Wendel oder in Form mehrerer nebeneinander liegender Ringe aufraut .  machining surface of the bore (61) in the form of a helix or in the form of several juxtaposed rings aufraut.
Dieses sehr einfache Verfahren erlaubt eine rasche und prozesssichere Bearbeitung einer Bohrung. This very simple procedure allows a rapid and reliable machining of a bore.
Es ist möglich, den Laserstrahl dauernd eingeschaltet zu lassen, auch wenn der Laserstrahl über eine Öffnung in der zu bearbeitenden Bohrung bewegt wird, und immer dann, wenn der Laserstrahl sich außerhalb einer zu bearbeiteten It is possible to keep the laser beam on all the time even when the laser beam is moved over an opening in the bore to be machined, and whenever the laser beam is to be processed outside
Bohrung befindet, den Laserstrahl durch eine Abschirmung abzudecken, sodass der Laserstrahl keine Schäden bei den dort arbeitenden Personen oder den dort vorhandenen Bore is to cover the laser beam by a shield so that the laser beam no damage to the people working there or the existing there
Gerätschaften verursacht. Das erleichtert die Steuerung des Aufrauprozesses . Sollen Bohrungen bearbeitet werden mit zusätzlichen Ventilationsbohrungen oder mit Aussparungen für die Pleuelgeige, so ist es nicht notwendig den Strahl im Bereich der Unterbrechungen abzuschalten, weil der Equipment causes. This facilitates the control of the roughening process. Should holes be processed with additional ventilation holes or recesses for the connecting rod, so it is not necessary to turn off the beam in the area of interruptions, because of
Laserstrahl defokussiert auf eine Werkstückoberfäche mit größerem Abstand als auf die zu bearbeitende Bohrung. Laser beam defocused on a workpiece surface at a greater distance than on the hole to be machined.
Aufgrund der dadurch geringeren Strahlintensität findet dort kein Aufrauprozess statt. Due to the lower beam intensity, no roughening process takes place there.
Alternativ kann der Laserstrahl genau dann eingeschaltet werden, wenn er auf eine aufzurauende Oberfläche trifft. Das spart Energie und verringert den Aufwand für Alternatively, the laser beam can be switched on exactly when it hits a surface to be roughened. This saves energy and reduces the effort for
Abschirmungen . Shields.
Die Abschirmung ist dabei in einem solchen Abstand zu der Spindel beziehungsweise dem Fenster des Strahlwerkzeugs angeordnet, dass der Laserstrahl defokussiert auf die The shield is arranged at such a distance from the spindle or the window of the jet tool that the laser beam defocused on the
Abschirmung trifft und infolgedessen die Leistungsdichte des Laserstrahls so gering ist, dass die Abschirmung nicht beschädigt wird. Shielding occurs and as a result, the power density of the laser beam is so low that the shield is not damaged.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Absaugeinrichtung die mit Rückständen von der Laserbearbeitung versetzte Luft aus der in Bearbeitung befindlichen Bohrung absaugt. Dadurch wird erstens die Luft in der unmittelbaren Umgebung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert und das Fenster des Laserwerkzeugs wird weniger verschmutzt. Dadurch wird die Prozessstabilität des Aufrauprozesses verbessert und die Intervalle nach denen die Leistung des Laserstrahls gemessen werden muss, können verlängert werden. Dies erhöht die Produktivität der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Furthermore, it is provided that the suction device sucks the air offset with residues from the laser processing from the bore being processed. This first, the air in the immediate vicinity of the device according to the invention is improved and the window of the laser tool is less dirty. This improves the process stability of the roughening process and can lengthen the intervals after which the power of the laser beam must be measured. This increases the productivity of the device according to the invention.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des In a further advantageous embodiment of the
erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass nach vorgegebenen Intervallen, beispielsweise nach einer bestimmten Bearbeitungsdauer oder nach Erreichen einer bestimmten Stückzahl, ein oder mehrere Parameter der Strahlqualität, insbesondere die Leistungsdichte des Laserstrahls, gemessen werden und abhängig vom Ergebnis dieser Messung entweder die Bearbeitung direkt fortgeführt wird oder das Fenster des Strahlwerkzeugs gereinigt wird, um die Leistungsfähigkeit des Laserstrahls wieder auf den ursprünglichen Wert anzuheben. According to the invention, it is provided that after predetermined intervals, for example after a one or more parameters of the beam quality, in particular the power density of the laser beam, are measured and depending on the result of this measurement either the processing is continued directly or the window of the jet tool is cleaned to the performance of the laser beam again to the original value.
Diese vom Ergebnis der Messung des Laserstrahls abhängige Verfahrensführung sorgt einerseits für eine optimale Produktivität und andererseits dafür, dass die This process procedure, which is dependent on the result of the measurement of the laser beam, on the one hand ensures optimum productivity and on the other hand ensures that the
Bearbeitungsergebnisse auch bei sehr großen Stückzahlen konstant bleiben. Processing results remain constant even with very large quantities.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following drawings, whose
Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und in Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungsmäßig sein. Description and claims removed. All features disclosed in the drawings, their description and claims may be inventive in their own right or in any combination with one another.
Zeichnung drawing
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine gesamt Ansicht der erfindungsgemäßen Figure 1 is an overall view of the invention
Vorrichtung, Contraption,
Figur 2 und 3 Details des erfindungsgemäßen  Figures 2 and 3 details of the invention
StrahlWerkzeugs , Beam tool,
Figur 4 eine schematische Darstellung der Messeinrichtung zum Messen der Leistungsfähigkeit des Laserstrahls,  FIG. 4 a schematic representation of the measuring device for measuring the performance of the laser beam,
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Figure 5 is a schematic representation of a
erfindungsgemäßen ReinigungsVorrichtung, Figur 6 ein Detail der erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung und cleaning device according to the invention, Figure 6 shows a detail of the suction device according to the invention and
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtung .  Figure 7 shows an embodiment of a handling device according to the invention.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer In the figure 1 is an embodiment of a
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer Isometrie und etwas vereinfacht dargestellt. Sie umfasst eine Gestell 3 und einen Ständer 5. Auf dem Gestell 3 sind eine inventive device 1 shown in an isometric and somewhat simplified. It comprises a frame 3 and a stand 5. On the frame 3 are a
Werkstückaufnahme 7 und eine Handhabungseinrichtung 9 angeordnet. Die Handhabungseinrichtung 9 kann, wie in Figur 1 angedeutet, als Wechselgreifer ausgebildet sein. Workpiece holder 7 and a handling device 9 is arranged. The handling device 9 may, as indicated in Figure 1, be designed as an exchange gripper.
Die Werkstücke 11 sind bei diesem Ausführungsbeispiel The workpieces 11 are in this embodiment
Zylinderblöcke von Brennkraftmaschinen mit vier Cylinder blocks of four engine
Zylinderbohrungen (ohne Bezugszeichen) . Cylinder bores (without reference number).
An dem Ständer 5 sind bei diesen Ausführungsbeispielen zwei Spindeln 27 auf Grundplatten 13 angeordnet, die in Richtung der X-Achse verfahrbar und positionierbar sind. Dazu sind eine Führung und ein Antrieb sowie Messeinrichtungen zur Erfassung der Position der Grundplatten 13 vorhanden. Diese Linearführungen und Antriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden daher nicht näher erläutert. On the stand 5, two spindles 27 are arranged on base plates 13 in these embodiments, which are movable and positionable in the direction of the X-axis. For this purpose, a guide and a drive and measuring devices for detecting the position of the base plates 13 are present. These linear guides and drives are known from the prior art and are therefore not explained in detail.
An den Spindeln 27 sind Strahlwerkzeuge 33 angeordnet, die nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 noch näher erläutert werden. Die Strahlwerkzeuge 33 können unabhängig voneinander betrieben und entlang der X-Achse und der Z-Achse verfahren werden. Dadurch ist es möglich, gleichzeitig oder zeitlich versetzt zueinander mehrere Bohrungen in einem oder mehreren Werkstücken 11 zu Arranged on the spindles 27 are blasting tools 33, which will be explained in more detail below in connection with FIGS. 2 and 3. The blasting tools 33 can be operated independently of each other and moved along the X-axis and the Z-axis. This makes it possible, at the same time or offset in time, several more Holes in one or more workpieces 11 to
bearbeiten . to edit .
Zwischen den Strahlwerkzeugen 33 ist eine Messeinrichtung 17 zur Messung der Leistungsdichte beziehungsweise des Laserstrahls angeordnet. Diese Messeinrichtung wird im Zusammenhang mit der Figur 4 näher erläutert. Between the beam tools 33, a measuring device 17 for measuring the power density or the laser beam is arranged. This measuring device will be explained in more detail in connection with FIG.
An der im linken Ende des Ständers 5 ist größtenteils verdeckt von dem linken Strahlwerkzeug 33 eine At the in the left end of the stator 5 is largely obscured by the left beam tool 33 a
Reinigungseinrichtung 19 vorhanden, die im Zusammenhang mit der Figur 5 näher erläutert wird. Cleaning device 19 is present, which will be explained in more detail in connection with FIG.
Die Figur 2 zeigt ein Detail der Figur 1, nämlich ein FIG. 2 shows a detail of FIG. 1, namely a
Strahlwerkzeug 33, das mit der Spindel 27 verbunden ist und in Richtung einer Z-Achse verfahrbar ist. Blasting tool 33 which is connected to the spindle 27 and is movable in the direction of a Z-axis.
Auf der Grundplatte 13 ist eine Linearführung 21 On the base plate 13 is a linear guide 21st
angeordnet. Die Linearführung umfasst auch einen arranged. The linear guide also includes a
Linearantrieb sowie Sensoren zur Erfassung der Position des Strahlwerkzeugs entlang der Z-Achse. Diese Bauteile sind aus dem Stand der Technik bekannt und wegen der Linear drive and sensors for detecting the position of the jet tool along the Z-axis. These components are known from the prior art and because of
Übersichtlichkeit nicht einzeln dargestellt. Clarity not shown individually.
Auf der Linearführung 21 ist ein Schlitten 29 angeordnet. Der Schlitten 29 ist in Richtung der Z-Achse verfahrbar. Der Schlitten 29 trägt einen Kollimator 25 und einen On the linear guide 21, a carriage 29 is arranged. The carriage 29 is movable in the direction of the Z-axis. The carriage 29 carries a collimator 25 and a
Antrieb 23 für die Spindel 27. Der Kollimator 25 ist bei diesem Ausführungsbeispiel über ein Winkelstück 22 fest mit dem Schlitten 29 verbunden. Die Strahlquelle und ein Drive 23 for the spindle 27. The collimator 25 is connected in this embodiment via an elbow 22 fixed to the carriage 29. The beam source and a
Lichtleitkabel, welche den Kollimator 25 mit Licht Optical fiber, which the collimator 25 with light
versorgen, sind in der Figur 2 nicht dargestellt, damit der Kollimator 25 gut sichtbar ist. Der Kollimator 25 ragt teilweise in die Spindel 27, welche drehbar gelagert an dem Schlitten 29 befestigt ist. Ein Drehantrieb für die Spindel 27 ist mit dem Bezugszeichen 31 versehen. Der Drehantrieb 31 ist ebenfalls an dem Schlitten 29 befestigt. are not shown in Figure 2, so that the collimator 25 is clearly visible. The collimator 25 protrudes partially into the spindle 27, which is mounted rotatably mounted on the carriage 29. A rotary drive for the spindle 27 is provided with the reference numeral 31. The rotary drive 31 is also attached to the carriage 29.
In Figur 2 unterhalb der Spindel ist ein Strahlwerkzeug 33 mit der Spindel 27 verbunden. An dem in Figur 2 unterem Ende des Strahlwerkzeugs 33 sind eine Umlenkeinrichtung und ein Fenster angeordnet (siehe Figur 3) . Die In FIG. 2 below the spindle, a jet tool 33 is connected to the spindle 27. At the lower end of the jet tool 33 in FIG. 2, a deflection device and a window are arranged (see FIG. 3). The
Umlenkeinrichtung und das Fenster sind in der Figur 2 durch eine Maskierungsvorrichtung 35 weitestgehend verdeckt.  Deflection device and the window are largely hidden in the figure 2 by a masking device 35.
Die Maskierungsvorrichtung 35 ist auf einem separaten The masking device 35 is on a separate
Schlitten 37 auf der Führung 21 geführt und kann in Carriage 37 guided on the guide 21 and can in
Richtung der Z-Achse unabhängig vom Strahlwerkzeug 33 bewegt werden. Die Maskierungseinrichtung 35 ist ein ringförmiges Gebilde, das konzentrisch zur Längsachse der Spindel 27 beziehungsweise des Strahlwerkzeugs 33 Direction of the Z-axis are moved independently of the jet tool 33. The masking device 35 is an annular structure which is concentric to the longitudinal axis of the spindle 27 or of the jet tool 33
positioniert ist. Die Maskierungseinrichtung 35 besteht bevorzugt aus Kupfer, weil Kupfer die Energie des is positioned. The masking device 35 is preferably made of copper because copper is the energy of
Laserstrahls gut aufnehmen kann und wegen seiner guten Wärmeleitfähigkeit diese Energie rasch ableitet. Laser beam can absorb well and because of its good thermal conductivity, this energy dissipates quickly.
In der Figur 3 ist das Ende der Spindel 27 nur angedeutet. Die Spindel 27 endet mit einem Flansch 41 an dem das In the figure 3, the end of the spindle 27 is only indicated. The spindle 27 terminates with a flange 41 on the
Strahlwerkzeug 33 befestigt ist. Das Strahlwerkzeug 33 ist teilweise geschnitten dargestellt. Blasting tool 33 is attached. The jet tool 33 is shown partially cut.
In dem Strahlwerkzeug 33 ist eine fokussierende Linse 39 angeordnet. Die fokussierende Linse 39 fokussiert das von den Kollimator 25 gleichgerichtete Licht eines Laserstrahls 55 auf einen Brennpunkt F, der außerhalb des In the beam tool 33, a focusing lens 39 is arranged. The focusing lens 39 focuses the light of a laser beam 55, which is rectified by the collimator 25, onto a focal point F which is outside the focal point F
Strahlwerkzeugs liegt. Dort wo sich der Brennpunkt F befindet, ist die Oberfläche der zu bearbeitenden Bohrung 61. Beam tool is located. Where the focal point F is the surface of the bore 61 to be machined.
Wenn also die Spindel 27 und mit ihr das Strahlwerkzeug 33 eine Umdrehung um die Z-Achse ausführt, wird ein kreis- oder ringförmiger Bereich der Bohrung vom Laserstrahl 55 getroffen und erfindungsgemäß aufgeraut . Wenn nun zusammen mit der Drehung der Spindel 27 das Strahlwerkzeug 33 in Richtung der Z-Achse bewegt wird, ergibt sich eine Thus, when the spindle 27 and with it the jet tool 33 performs a revolution about the Z-axis, a circular or annular region of the bore is hit by the laser beam 55 and roughened according to the invention. If now together with the rotation of the spindle 27, the jet tool 33 is moved in the direction of the Z-axis, resulting in a
schrauben- oder wendeiförmige Linie. Entlang dieser Linie wandert der Fokus des Laserstrahls 55 über die aufzurauende Bohrung 61. Alternativ kann auch ein "Ring" der helical or helical line. Along this line, the focus of the laser beam 55 travels over the hole to be roughened 61. Alternatively, a "ring" of the
Bohrungsoberfläche bearbeitet werden und dann das Bore surface are machined and then that
Strahlwerkzeug in Richtung der Z-Achse um die Blasting tool in the direction of the Z-axis around the
Bearbeitungsbreite des Strahlwerkzeugs 33 verfahren werden. Dieser Vorgang wird wiederholt bis die gesamte zu Machining width of the jet tool 33 are moved. This process is repeated until the whole too
bearbeitende Oberfläche der Bohrung 61 aufgeraut ist. machining surface of the bore 61 is roughened.
Wenn die Mittelachse der zu bearbeitenden Bohrung 61 und die Drehachse der Spindel 27 zusammenfallen, dann ergibt sich über den gesamten Umfang der Bohrung eine gleichmäßige Einwirkung des Laserstrahls und infolgedessen ein sehr gleichmäßiges Ergebnis der Laserbearbeitung der Bohrung. If the central axis of the bore 61 to be machined and the axis of rotation of the spindle 27 coincide, then over the entire circumference of the bore results in a uniform action of the laser beam and consequently a very uniform result of the laser machining of the bore.
Auch aus diesem Grund ist es wichtig, dass das Also for this reason it is important that the
Strahlwerkzeug 33 in Richtung der X-Achse verfahrbar und positionierbar ist. Dann nämlich kann die Drehachse des Strahlwerkzeugs 33 optimal zur Längsachse der zu Beam tool 33 can be moved and positioned in the direction of the X-axis. For then the axis of rotation of the jet tool 33 can optimally to the longitudinal axis of
bearbeitenden Bohrung 61 ausgerichtet werden kann. Dies kann erforderlichenfalls durch Messeinrichtungen, welche die exakte Lage der zu bearbeitenden Bohrung erfassen, unterstützt werden, sodass eine optimale machining bore 61 can be aligned. This can be supported if necessary by measuring devices which detect the exact position of the bore to be machined, so that an optimal
Bearbeitungsqualität gewährleistet ist, auch, wenn die Bohrungen 61 in dem Werkstück 11 fertigungsbedingt gewisse Lagetoleranzen aufweisen. Processing quality is guaranteed, even if the Holes 61 in the workpiece 11 due to manufacturing certain position tolerances.
In der Figur 3 ist ein Flansch 41 sichtbar. Dieser Flansch ist Teil der Werkzeugspindel 27. Über diesen Flansch wird das Strahlwerkzeug 33 mit der Spindel 27 verschraubt. Das Strahlwerkzeug 33 ist auswechselbar, so dass abhängig von der Länge der zu bearbeitenden Bohrung und/oder dem In the figure 3, a flange 41 is visible. This flange is part of the tool spindle 27. About this flange, the jet tool 33 is screwed to the spindle 27. The jet tool 33 is replaceable, so that depending on the length of the bore to be machined and / or
Durchmesser der zu bearbeitenden Bohrung ein geeignetes Strahlwerkzeug 33 an der Spindel 27 angebracht werden kann. Diameter of the bore to be machined a suitable blasting tool 33 can be attached to the spindle 27.
Mithilfe von Stiften 43 eines oberen Verstellrings 45, eines unteren Verstellrings 47 und eines weiteren By means of pins 43 of an upper adjusting ring 45, a lower adjusting ring 47 and another
Stellrings 49 wird die Fokussierlinse 39 in der gewünschten Position relativ zu dem Flansch 41 der Spindel Adjusting ring 49, the focusing lens 39 in the desired position relative to the flange 41 of the spindle
positioniert. Dadurch ist es möglich, die Lage des positioned. This makes it possible to determine the location of the
Brennpunkts F zu verändern. Auf diese Weise kann das Focal point F to change. That way that can
Strahlwerkzeug 33 an verschiedene Bohrungsdurchmesser angepasst werden. Der Abstand des Brennpunkts F von der Drehachse der Spindel 27 wird in der Regel so festgelegt, dass er mit der Oberfläche der zu bearbeitenden Bohrung 61 zusammenfällt . Blasting tool 33 are adapted to different bore diameter. The distance of the focal point F from the axis of rotation of the spindle 27 is usually set so that it coincides with the surface of the bore 61 to be machined.
Eine Feder 51 kompensiert Temperaturschwankungen, sodass eine spielfreie Anlage der Fokussierlinse 39 gewährleistet ist . A spring 51 compensates for temperature fluctuations, so that a play-free installation of the focusing lens 39 is ensured.
Am unteren Ende des Strahlwerkzeugs 33 ist eine At the lower end of the jet tool 33 is a
Umlenkeinrichtung 53 angeordnet, die bei diesem Turning 53 arranged, which in this
Ausführungsbeispiel aus einem Umlenkspiegel besteht. Es ist jedoch auch möglich, dass die Umlenkeinrichtung 53 ein Prisma umfasst. Der Laserstrahl 55 wird ausgehend von der fokussierenden Linse 39 immer dünner, bis er schließlich den Brennpunkt F erreicht hat. Dort ist naturgemäß die Leistungsdichte am höchsten . Embodiment consists of a deflection mirror. However, it is also possible that the deflecting device 53 comprises a prism. The laser beam 55 is getting thinner, starting from the focusing lens 39, until it finally reaches the focal point F. Naturally, the power density is highest there.
Der Laserstrahl 55 verlässt das Strahlwerkzeug 33 durch ein Fenster 57, welches transparent für die Laserstrahl ist und verhindert, dass Verunreinigungen ins Innere des The laser beam 55 leaves the beam tool 33 through a window 57, which is transparent to the laser beam and prevents impurities from entering the inside of the laser beam
Strahlwerkzeugs 33 gelangen können. Beam tool 33 can get.
An dem in Figur 3 oberen Ende des Strahlwerkzeugs 33 ist ein Sperrlufteintritt 59 dargestellt. Die Sperrluft gelangt durch das Innere des Strahlwerkzeugs bis ans untere Ende desselben und tritt dort über eine Düse (nicht sichtbar in Figur 3) so aus, dass ein Luftschleier über die Außenseite des Fensters 57 gelegt wird und infolgedessen keine At the upper end of the jet tool 33 in FIG. 3, a blocking air inlet 59 is shown. The sealing air passes through the interior of the jet tool to the lower end of the same and occurs there via a nozzle (not visible in Figure 3) so that an air curtain is placed over the outside of the window 57 and consequently no
Verunreinigung beziehungsweise nur sehr wenige Contamination or very few
Verunreinigungen an die Oberfläche des Fenster 57 gelangen. Solche Verunreinigungen, wenn sie sich auf dem Fenster 57 ablagern reduziert sich die Leistungsdichte beziehungsweise die Leistung des Laserstrahls im Brennpunkt F und damit wird auch das Arbeitsergebnis des Strahlwerkzeugs Contaminants reach the surface of the window 57. Such impurities, when deposited on the window 57 reduces the power density or the power of the laser beam at the focal point F and thus also the work result of the jet tool
verschlechtert. Daher ist die Sperrluftzufuhr 59 ein wirksames Mittel, um die Prozesssicherheit zu erhöhen. deteriorated. Therefore, the blocking air supply 59 is an effective means to increase process reliability.
In der Figur 3 ist sehr schematisch eine Bohrung 61 In the figure 3 is very schematically a bore 61st
angedeutet. Aus der Figur 3 wird deutlich, dass die indicated. From Figure 3 it is clear that the
Längsachse der Bohrung 61 und die Längsachse der Spindel 27 beziehungsweise des Strahlwerkzeugs 33 koaxial zueinander verlaufen und dass der Brennpunkt F dort liegt, wo sich die Oberfläche der Bohrung 61 befindet. Wenn also das Longitudinal axis of the bore 61 and the longitudinal axis of the spindle 27 and the jet tool 33 coaxial with each other and that the focal point F is where the surface of the bore 61 is located. So if that
Strahlwerkzeug 33 einmal um 360° gedreht wird, wandert der Brennpunkt F auf einer Kreisbahn einmal über die Bohrung 61 und bewirkt dort die gewünschte Aufrauhung der Oberfläche. Wenn nun diese Drehbewegung mit einer Vorschubrichtung in Richtung der Z-Achse kombiniert wird, dann ergibt sich eine Schraubenlinie auf der der Fokus F über die Oberfläche der Bohrung 61 wandert, sodass die gesamte Oberfläche der Beam tool 33 is rotated once through 360 °, the focal point F moves on a circular path once over the bore 61 and there causes the desired roughening of the surface. Now, if this rotational movement is combined with a feed direction in the direction of the Z-axis, then there is a helix on which the focus F travels over the surface of the bore 61, so that the entire surface of the
Bohrung 61 aufgeraut werden kann. Es versteht sich von selbst, dass die Vorschubgeschwindigkeit und die Drehzahl der Spindel 27 aufeinander abgestimmt werden müssen, sodass die gesamte Oberfläche der Bohrung 61 aufgeraut wird. Hole 61 can be roughened. It goes without saying that the feed rate and the rotational speed of the spindle 27 must be coordinated so that the entire surface of the bore 61 is roughened.
Um sicherzustellen, dass die Leistung des Laserstrahls 55 im Fokus F konstant bleibt, ist an der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Messeinrichtung 63 vorgesehen, die To ensure that the power of the laser beam 55 in the focus F remains constant, a measuring device 63 is provided on the device according to the invention, the
beispielsweise an dem Ständer 5 angeordnet sein kann. for example, can be arranged on the stand 5.
In der Figur 4 ist eine solche Messeinrichtung 63 In the figure 4 is such a measuring device 63rd
schematisch dargestellt. Ein Messfeld der Messeinrichtung ist mit dem Bezugszeichen 65 bezeichnet. Es ist so shown schematically. A measuring field of the measuring device is designated by the reference numeral 65. It is so
ausgerichtet, dass der Laserstrahl 55 orthogonal auf das Messfeld 65 trifft. Aus diesem Grund ist die aligned so that the laser beam 55 orthogonally hits the measuring field 65. That is why the
Messeinrichtung 63 schräg gestellt. Measuring device 63 is tilted.
Die Messeinrichtung 63 ist in Richtung eines Doppelpfeils 67 verfahrbar, sodass ein Abstand R am Fenster des The measuring device 63 is movable in the direction of a double arrow 67, so that a distance R at the window of the
Strahlwerkzeugs und dem Messfeld 65 einstellbar ist. In der in Figur 4 dargestellten Position befindet sich die Beam tool and the measuring field 65 is adjustable. In the position shown in Figure 4 is the
Messeinrichtung 63 außerhalb des Bearbeitungsbereichs, das heißt hinter der Grundplatte 13. Wenn nun die Leistung des Laserstrahls 55 gemessen werden soll, dann wird die Measuring device 63 outside the processing area, that is behind the base plate 13. If now the power of the laser beam 55 is to be measured, then the
Messeinrichtung 63 in der Figur 4 in Richtung des Measuring device 63 in the figure 4 in the direction of
Doppelpfeils 67 nach rechts oben bewegt, bis der Abstand R den gewünschten Wert hat. Dabei ist darauf zu achten, dass das Messfeld 65 nicht im Brennpunkt F des Laserstrahls liegt, weil dann die Leistungsdichte des Laserstrahls 55 so hoch ist, dass das Messfeld 65 beschädigt wird. Deshalb wird deshalb das Messfeld 65 so positioniert, dass der Laserstrahl 55 nicht mit seiner maximalen Double arrow 67 moves to the top right until the distance R has the desired value. It is important to ensure that the measuring field 65 is not in the focal point F of the laser beam, because then the power density of the laser beam 55 is so high that the measuring field 65 is damaged. Therefore, therefore, the measuring field 65 is positioned so that the laser beam 55 is not at its maximum
Leistungsdichte auf das Messfeld 65 auftrifft, sondern eine Leistungsdichte hat, die keine Beschädigung des Messfelds 65 hervorruft. Power density impinges on the measuring field 65, but has a power density that causes no damage to the measuring field 65.
In dem Messfeld 65 wird nun die Leistungsdichte des In the measuring field 65, the power density of the
Laserstrahls 55 bestimmt. Wenn die Leistungsdichte Laser beam 55 determined. When the power density
unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, dann sind an dem Fenster 57 zu viele Verunreinigungen und das Fenster 57 muss gereinigt werden. is below a predetermined threshold, then there are too many contaminants on the window 57 and the window 57 needs to be cleaned.
In der Figur 5 ist eine dafür geeignete In FIG. 5, one suitable for this is
Reinigungseinrichtung 69 dargestellt. Die Cleaning device 69 shown. The
Reinigungseinrichtung 69 umfasst ein Gehäuse 71 mit einer Öffnung 73. Des Weiteren gibt es eine Zufuhröffnung 74 für das Reinigungsmedium, bevorzugt Trockeneis.  Cleaning device 69 comprises a housing 71 with an opening 73. Furthermore, there is a supply opening 74 for the cleaning medium, preferably dry ice.
Die Reinigungseinrichtung 69 ist in Richtung einer X-Achse verfahrbar, sodass die Reinigungseinrichtung 69 außerhalb des Arbeitsbereichs des Strahlwerkzeugs 33 gebracht wird, wenn der Laser eine Bohrung aufraut . In Figur 5 ist die Position der Reinigungseinrichtung 69 dargestellt in der das Strahlwerkzeug 33 beziehungsweise das Fenster 57 an dem unteren Ende des Strahlwerkzeugs 33 gereinigt werden kann. Das Fenster 57 ist in der Öffnung 73 des Gehäuses 71 gerade noch zu sehen. The cleaning device 69 is movable in the direction of an X-axis, so that the cleaning device 69 is brought outside the working range of the jet tool 33, when the laser roughened a hole. FIG. 5 shows the position of the cleaning device 69 in which the jet tool 33 or the window 57 at the lower end of the jet tool 33 can be cleaned. The window 57 is just visible in the opening 73 of the housing 71.
Wenn das Fenster 57 gereinigt werden soll, fährt das If the window 57 is to be cleaned, it will run
Strahlwerkzeug 33 noch tiefer ins das Gehäuse 71 ein. Das Fenster 57 ist so ausgerichtet, dass es unmittelbar von dem Reinigungsmedium, das durch die Zufuhröffnung 75 in das Innere des Gehäuses 71 gelangt, beaufschlagt wird. Blasting tool 33 even deeper into the housing 71 a. The window 57 is aligned so that it is directly from the cleaning medium, which passes through the supply port 75 into the interior of the housing 71, is applied.
Besonders bevorzugt ist es, wenn als Reinigungsmedium Trockeneis verwendet wird, weil dieses Trockeneis eine sehr gute Reinigungswirkung hat und rückstandslos verdampft. Die verbleibenden Verunreinigungen fallen nach unten und können am unteren Ende des Gehäuses 71 gesammelt und abgeführt werden . It is particularly preferred if as a cleaning medium Dry ice is used because this dry ice has a very good cleaning effect and evaporates without leaving any residue. The remaining contaminants fall down and can be collected and removed at the lower end of the housing 71.
Damit das Fenster 57 gleichmäßig gereinigt wird, kann es vorteilhaft sein, das Strahlwerkzeug 22 während des In order for the window 57 to be cleaned evenly, it may be advantageous to use the blasting tool 22 during the process
Reinigungsvorgangs oszillierend in Richtung der Z-Achse zu bewegen und/oder um die Z-Achse zu drehen. To move cleaning operation in the direction of the Z-axis and / or to rotate about the Z-axis.
In der Figur 6 wird ein Teil in der erfindungsgemäßen In the figure 6 is a part in the inventive
Absaugeinrichtung dargestellt. Bei diesem Suction device shown. In this
Ausführungsbeispiel sind vier Bohrungen 61 in einem Embodiment are four holes 61 in one
Zylinderblock (Werkstück) vorhanden. Am unteren Ende der Bohrungen 61 ist jeweils eine Absaugleitung 77 angebracht. In jeder Absaugleitung 77 ist ein Verschlussorgan 79, bspw. in Form einer Absperrklappe vorgesehen. Jeder Bohrung 61 des Werkstücks 11 ist eine Absaugleitung 77 zugeordnet. Wenn bspw. in der zweiten Bohrung von rechts eine Cylinder block (workpiece) available. At the lower end of the bores 61 each have a suction line 77 is attached. In each suction line 77, a closure member 79, for example. Provided in the form of a butterfly valve. Each bore 61 of the workpiece 11 is associated with a suction line 77. If, for example, in the second hole from the right one
Laserbearbeitung stattfindet, dann ist das Verschlussorgan 79 dieser Absaugleitung 77 geöffnet und die bei der Laser processing takes place, then the closure member 79 of the suction line 77 is opened and at the
Laserbearbeitung entstehenden Dämpfe und Verunreinigungen können über die Absaugleitung 69 abgesaugt werden. Laser processing resulting vapors and impurities can be sucked through the suction line 69.
Die in Figur 6 oberen Enden 84 der Absaugleitungen 77 sind so gestaltet, zum Beispiel als Konfusor, dass die The upper ends 84 of the suction lines 77 in FIG. 6 are designed, for example as confusers, that the
Druckverluste im Übergangsbereich zwischen der Bohrung 61 und der Absaugleitung 77 minimal sind. Pressure losses in the transition region between the bore 61 and the suction line 77 are minimal.
Da in den anderen Bohrungen 61 bei dem in Figur 6 Since in the other holes 61 at the in FIG. 6
dargestellten Ausführungsbeispiel keine Laserbearbeitung zur gleichen Zeit stattfindet, sind die Verschlussorgane 79 dieser Absaugleitung 77 verschlossen. Dadurch wird der erforderliche Volumenstrom bzw. der Energiebedarf eines Sauggebläses reduziert und die Absaugung der illustrated embodiment, no laser processing takes place at the same time, the closure members 79 of the suction line 77 are closed. This will be the required volume flow or the energy consumption of a suction fan reduced and the suction of the
Verunreinigungen in der zweiten Bohrung von rechts in der Figur 6 wird effektiver. Impurities in the second bore from the right in FIG. 6 become more effective.
In der Figur 7 ist eine Handhabungseinrichtung 81 In the figure 7 is a handling device 81st
schematisch dargestellt. Sie ist als Wechselgreifer ausgeführt. Die Werkstücke 11 werden mit Hilfe von shown schematically. It is designed as an exchange gripper. The workpieces 11 are using
Unterlagen 83 auf den Werkstückaufnahmen 7 abgesetzt und durch Indexierungsvorrichtungen genau positioniert. Nachdem die Werkstücke 11 bearbeitet sind, werden sie von der Handhabungseinrichtung 81 von den Werkstück-Aufnahmen 7 entnommen und es werden neue unbearbeitete Werkstücke 11 auf die Werkstück-Aufnahmen 7 aufgesetzt. Pads 83 deposited on the workpiece holders 7 and accurately positioned by indexing devices. After the workpieces 11 have been processed, they are removed from the workpiece holders 7 by the handling device 81 and new unprocessed workpieces 11 are placed on the workpiece holders 7.

Claims

Patentansprüche claims
Vorrichtung zum Aufrauen von Oberflächen, umfassend mindestens einen Schlitten (29), wobei jeder SchlittenDevice for roughening surfaces comprising at least one carriage (29), each carriage
(29) mindestens einen Kollimator (25) und mindestens eine drehantreibbare Spindel (27) trägt und wobei an jeder Spindel (27) ein Strahlwerkzeug (33) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlwerkzeug(29) carries at least one collimator (25) and at least one rotatably driven spindle (27) and wherein on each spindle (27) a jet tool (33) is fixed, characterized in that the jet tool
(33) eine fokussierende Linse (39) oder eine (33) a focusing lens (39) or a
Fokussieroptik und eine Umlenkeinrichtung (53) umfasst, dass die Umlenkeinrichtung (53) an einem dem Kollimator (25) gegenüberliegenden Ende des Focusing optics and a deflecting device (53) comprises that the deflecting device (53) at one of the collimator (25) opposite end of the
Strahlwerkzeugs (33) angeordnet ist, und dass die fokussierende Linse (39) oder die Fokussieroptik die Drehbewegung des Strahlwerkzeugs (33) mitmacht. Beam tool (33) is arranged, and that the focusing lens (39) or the focusing optics participates the rotational movement of the jet tool (33).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlwerkzeug (33) und ein zu bearbeitendes Werkstück (11) relativ zueinander in Richtung einer X- Achse verschiebbar sind. Apparatus according to claim 1, characterized in that the jet tool (33) and a workpiece to be machined (11) relative to each other in the direction of an X-axis are displaceable.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Apparatus according to claim 1 or 2, characterized
gekennzeichnet, dass sie ein Gestell (3) und einen Ständer (5) umfasst, dass auf dem Gestell (3) eine Werkstück-Aufnahme (7) angeordnet ist, dass an dem Ständer (5) mindestens eine Grundplatte (13) in characterized in that it comprises a frame (3) and a stand (5), that on the frame (3) a workpiece holder (7) is arranged, that on the stand (5) at least one base plate (13) in
Richtung einer X-Achse verschiebbar und positionierbar geführt ist, und dass der mindestens eine Schlitten (29) auf der Grundplatte (13) in Richtung einer X- Achse verschiebbar geführt ist. Direction of an X-axis displaceable and positionable out, and that the at least one carriage (29) on the base plate (13) is guided displaceably in the direction of an X-axis.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (53) einen Spiegel und/oder ein Prisma umfasst. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection device (53) comprises a mirror and / or a prism.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse des Kollimators (25) und eine Z-Achse der Vorrichtung einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließen. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a longitudinal axis of the collimator (25) and a Z-axis of the device form an angle between 0 ° and 90 °.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Ausgang des Kollimators (25) und dem Strahlwerkzeug (33) ein Spiegel und/oder ein Prisma angeordnet ist, der oder das den Laserstrahls parallel zu der Z-Achse 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that between an output of the collimator (25) and the jet tool (33), a mirror and / or a prism is arranged, the or the laser beam parallel to the Z-axis
ausrichtet .  aligns.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (27) an ihrem dem Kollimator (25) entgegengesetzten Ende ein für den Laserstrahl (55) transparentes Fenster (57) aufweist, dass die Spindel (27) mindestens einen Sperrluftkanal (59) und eine Austrittsöffnung für die Sperrluft aufweist, wobei die aus der Austrittsöffnung 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the spindle (27) at its the collimator (25) opposite end for the laser beam (55) transparent window (57), that the spindle (27) at least one sealing air channel (59) and an outlet opening for the sealing air, wherein from the outlet opening
austretende Sperrluft Verunreinigungen von dem Fenster (57) abhält.  escaping air prevents dirt from the window (57).
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlwerkzeug (33) eine Kühlung, insbesondere eine Konvektionskühlung oder eine Flüssigkeitskühlung aufweist. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the jet tool (33) has a cooling, in particular a convection cooling or a liquid cooling.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (25) über ein Lichtleitkabel mit einer Laserlichtquelle 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the collimator (25) via a light guide cable with a laser light source
verbunden ist.  connected is.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundplatte (13) eine Maskierungsvorrichtung (35) in Richtung einer Z- Achse verschiebbar und positionierbar geführt ist. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the base plate (13) a masking device (35) is displaceably and positionably guided in the direction of a Z-axis.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungsvorrichtung (35) koaxial zu der Spindel (27) verschiebbar ist. 11. The device according to claim 10, characterized in that the masking device (35) coaxial with the spindle (27) is displaceable.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ständer (5) oder dem Gestell (3) eine Messeinrichtung (63) zur Messung des aus dem Fenster (57) des Strahlwerkzeugs (15) austretenden Laserstrahls (55) vorgesehen ist. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the stand (5) or the frame (3) has a measuring device (63) for measuring the out of the window (57) of the jet tool (15) exiting laser beam (55) is.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (63) so auf einer Führung geführt ist, dass ein Abstand (R) zwischen der 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the measuring device (63) is guided on a guide that a distance (R) between the
Messeinrichtung (63) und der Spindel (27) einstellbar ist .  Measuring device (63) and the spindle (27) is adjustable.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ständer (5) oder dem Gestell (3) eine Reinigungseinrichtung (69) angeordnet ist, dass die Reinigungseinrichtung (69) ein Gehäuse (71) mit mindestens einer Öffnung (73) und mindestens einer Zufuhr (75) für ein Reinigungsmedium, insbesondere ein Gas, wie zum Beispiel C02, eine 14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the stand (5) or the frame (3) a cleaning device (69) is arranged, that the cleaning device (69) has a housing (71) with at least one opening (73 ) and at least one supply (75) for a cleaning medium, in particular a gas, such as CO 2, a
Flüssigkeit oder Trockeneis, umfasst, und dass die Öffnung (73) das Eintauchen der Spindel (27),  Liquid or dry ice, and that the opening (73) is the immersion of the spindle (27),
mindestens jedoch des Fensters (57) der Spindel (27), in das Gehäuse (71) erlaubt.  but at least the window (57) of the spindle (27), allowed in the housing (71).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (69) auf einer Führung geführt ist, so dass die Reinigungseinrichtung (69) bei Bedarf koaxial zu einer Längsachse Spindel (27) positionierbar ist. 15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the cleaning device (69) is guided on a guide, so that the cleaning device (69) If necessary coaxially to a longitudinal axis spindle (27) can be positioned.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Genauigkeit mit der das Strahlwerkzeug (33) relativ zu der zu 16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the accuracy with which the jet tool (33) relative to the
bearbeitenden Bohrung (61) positionierbar ist, kleiner ist als die Rayleighlange des Laserstrahls (55) .  machining bore (61) is smaller than the Rayleighlange the laser beam (55).
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ständer (5) oder dem Gestell (3) eine Absaugeinrichtung vorgesehen ist, und dass die Absaugeinrichtung mindestens zwei 17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the stand (5) or the frame (3), a suction device is provided, and that the suction device at least two
Absaugleitungen (77), bevorzugt jedoch für jede in einem Werkstück (11) aufzurauende Bohrung (61) eine separate Absaugleitung (77) aufweist, und dass die Absaugeinrichtung ein Saug-Gebläse aufweist, das mit allen Absaugleitungen (77) verbunden ist.  Suction lines (77), but preferably for each in a workpiece (11) to be roughened bore (61) has a separate suction line (77), and that the suction device comprises a suction fan, which is connected to all suction lines (77).
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Absaugleitung (77) eine steuerbare 18. The apparatus according to claim 17, characterized in that in each suction line (77) has a controllable
Schließeinrichtung, insbesondere eine Verschlussklappe (79), vorhanden ist.  Closing device, in particular a closure flap (79), is present.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine 19. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a
Handhabungseinrichtung (81) umfasst, und dass die Handhabungseinrichtung (81) die zu bearbeitenden  Handling device (81), and that the handling device (81) to be processed
Werkstücke (11) in den Arbeitsbereich der Vorrichtung befördert und die bearbeiteten Werkstücke (11) aus dem Arbeitsbereich der Vorrichtung befördert.  Workpieces (11) transported into the working area of the device and the machined workpieces (11) transported from the working area of the device.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungseinrichtung (81) als Wendegreifer ausgebildet ist. 20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the handling device (81) is designed as a turning gripper.
21. Verfahren zum Aufrauen von Substrat-Oberflächen mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden 21. A method for roughening substrate surfaces with a device according to any one of the preceding
Ansprüche gekennzeichnet durch folgende  Claims characterized by the following
Verfahrensschritte :  Process steps:
- Aufsetzen der Maskierungsvorrichtung (35) auf die - placing the masking device (35) on the
Bohrung (61), deren Oberfläche aufgeraut werden soll,  Bore (61) whose surface is to be roughened,
- Einfahren des Strahlwerkzeugs (33) in die Bohrung - Retraction of the jet tool (33) in the bore
(61) ,  (61),
- Drehen des Strahlwerkzeugs (33) und/oder Vorschub des Strahlwerkzeugs (33) in Richtung der Z-Achse. - Rotating the jet tool (33) and / or feed of the jet tool (33) in the Z-axis direction.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle während des gesamten 22. The method according to claim 21, characterized in that the beam source during the entire
Aufrauvorgangs eingeschaltet ist.  Roughing process is turned on.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch 23. The method according to claim 21 or 22, characterized
gekennzeichnet, dass die Strahlquelle abgeschaltet wird, sobald die gesamte Bohrung (61) oder der gewünschte Teil der Bohrung (61) aufgeraut ist.  characterized in that the beam source is switched off when the entire bore (61) or the desired part of the bore (61) is roughened.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung die mit Rückständen von der Laserbearbeitung versetzte Luft während der Bearbeitung aus der in Bearbeitung befindlichen Bohrung (61) absaugt. 24. The method according to any one of claims 21 to 23, characterized in that the suction device sucks the offset with the residues of the laser processing air during machining from the bore (61) being processed.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Luft aus der oder den in Bearbeitung befindlichen Bohrungen (61) abgesaugt wird . 25. The method according to claim 24, characterized in that only the air from the or in-progress holes (61) is sucked.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in regelmäßigen Abständen das mindestens das Fenster (57) an der Spitze der Spindel (27) in den Arbeitsbereich der Messeinrichtung (63) gefahren wird, und dass dann der aus dem Fenster (57) austretende Laserstrahl (55) vermessen wird. 26. The method according to any one of claims 21 to 25, characterized in that at regular intervals the at least the window (57) at the top of the spindle (27) is moved into the working area of the measuring device (63), and that then the outgoing from the window (57) laser beam (55) is measured.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Ergebnis der Vermessung des 27. Method according to claim 26, characterized in that, depending on the result of the measurement of the
Laserstrahls (55) das Fenster (57) des Strahlwerkzeugs (33) ohne zwischengeschalteten Reinigungsschritt unmittelbar wieder zum Aufrauen von Bohrungen (61) eingesetzt wird.  Laser beam (55) the window (57) of the jet tool (33) without intervening cleaning step immediately for roughening holes (61) is used.
28. Verfahren nach Ansprüche 26, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Ergebnis der Vermessung des 28. Method according to claim 26, characterized in that, depending on the result of the measurement of the
Laserstrahls (55) das Fenster (57) des Strahlwerkzeugs (15) gereinigt wird.  Laser beam (55) the window (57) of the jet tool (15) is cleaned.
EP17706210.6A 2016-02-29 2017-02-17 Device and method for roughening substrates Withdrawn EP3423229A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016103578.5A DE102016103578B4 (en) 2016-02-29 2016-02-29 Device and method for roughening substrates
PCT/EP2017/053668 WO2017148716A2 (en) 2016-02-29 2017-02-17 Device and method for roughening substrates

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3423229A2 true EP3423229A2 (en) 2019-01-09

Family

ID=58094422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17706210.6A Withdrawn EP3423229A2 (en) 2016-02-29 2017-02-17 Device and method for roughening substrates

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11364571B2 (en)
EP (1) EP3423229A2 (en)
KR (1) KR102186359B1 (en)
CN (1) CN108698162B (en)
DE (2) DE102016103578B4 (en)
MX (1) MX2018010368A (en)
WO (1) WO2017148716A2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019108096A1 (en) 2018-03-29 2019-10-02 Alpha Laser Gmbh Workpiece processing by means of laser radiation
DE102018107663A1 (en) 2018-03-29 2019-10-02 Alpha Laser Gmbh Workpiece processing by means of laser radiation
DE102018107666A1 (en) 2018-03-29 2019-10-02 Alpha Laser Gmbh Workpiece processing by means of laser radiation
DE102018107662A1 (en) 2018-03-29 2019-10-02 Alpha Laser Gmbh Workpiece processing by means of laser radiation
CN109514094B (en) * 2018-11-06 2021-05-25 山东普瑞德智能装备有限公司 Laser cutting machine
CN109202295B (en) * 2018-11-21 2020-07-21 衡阳市光纤技术产学研管理有限公司 Digital optical fiber laser texturing machine tool
DE102019105295B4 (en) * 2019-03-01 2021-04-01 Gehring Technologies Gmbh Methods and devices for the production of roughened surfaces
CN110153708B (en) * 2019-04-25 2020-06-05 孙树峰 Laser-jet liquid beam self-generated abrasive flow composite machining head and working method
DE102019119466A1 (en) * 2019-07-18 2021-01-21 Laser Zentrum Hannover E.V. Device for laser structuring a surface of a through opening in a component

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4178632A (en) * 1978-03-06 1979-12-11 Cincinnati Milacron Inc. Method for controlling the operation of a computer operated robot arm
US5004890A (en) * 1990-02-20 1991-04-02 Amada Company, Limited Method of evaluating quality of a laser beam in a laser processing machine
JPH0557549A (en) * 1991-08-27 1993-03-09 Yamazaki Mazak Corp Compound laser beam machining unit
US6163010A (en) * 1996-10-25 2000-12-19 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method and apparatus for laser cutting materials
DE19809367B4 (en) 1998-03-05 2007-04-05 Nagel Maschinen- Und Werkzeugfabrik Gmbh Method and device for fine machining of piston raceways
DE19826138B4 (en) * 1998-04-17 2007-06-28 NU TECH Gesellschaft für Lasertechnik Materialprüfung und Meßtechnik mbH Method for producing a workpiece with a wear-resistant surface
JPH11314189A (en) * 1998-04-28 1999-11-16 Amada Co Ltd Laser beam machining method and its machining head
JP3518723B2 (en) * 1998-05-25 2004-04-12 トヨタ自動車株式会社 Overlaying method
DE19909390C1 (en) * 1999-03-04 2000-11-09 Fraunhofer Ges Forschung Laser powder deposition head, useful for tool or component coating or repair, rapid prototyping or rapid tooling processes, has a radially symmetrical flow calming channel arrangement between a swirl chamber and an annular outlet gap
AT410067B (en) * 2000-11-16 2003-01-27 Fronius Schweissmasch Prod DEVICE FOR A LASER HYBRID WELDING PROCESS
DE10032082A1 (en) 2000-07-01 2002-01-10 Volkswagen Ag Device for processing inner surface of cylindrical bore has laser beam deflection optics with at least one focusing lens in beam path of deflection optics after deflection mirror
KR100354044B1 (en) * 2000-10-26 2002-09-28 현대자동차주식회사 Optic head of laser system for heating treatment
US6462302B1 (en) * 2001-04-05 2002-10-08 Bar Code Bullet Industries, Llc Rifled weapon barrel engraver and scanner
US6713716B1 (en) * 2003-05-30 2004-03-30 General Electric Company Reduced mist laser shock peening
KR101232066B1 (en) * 2004-08-16 2013-02-13 로마 린다 유니버시티 메디칼 센터 Method and apparatus for processing a surface of inhabitable structure
JP2006117994A (en) * 2004-10-21 2006-05-11 Nissan Motor Co Ltd Thermal spraying pre-treatment method and cylinder block of engine
DE202005005905U1 (en) * 2005-04-07 2005-06-16 Gehring Gmbh & Co. Kg Device for producing recesses in the cylindrical inner surfaces of holes used in the production of engine blocks for combustion engines comprises using a laser beam which is periodically deviated in a radiation deviating unit
DE102005019757A1 (en) 2005-04-28 2006-11-02 Sms Elotherm Gmbh Device for laser beam treatment of surfaces of metallic components, e.g. for combustion engine blocks, has light transparent deflection unit with mutually plane-parallel entrance surfaces for laser beam
JP5098513B2 (en) * 2007-08-17 2012-12-12 日産自動車株式会社 Method and apparatus for cleaning substrate before spraying
US7789238B2 (en) * 2007-09-27 2010-09-07 Rubbermaid Incorporated Storage bin and lid assembly
EP2414130B2 (en) * 2009-03-30 2019-04-24 Boegli-Gravures S.A. Method and device for structuring a solid body surface with a hard coating with a first laser with pulses in the nanosecond field and a second laser with pulses in the pico- or femtosecond field ; packaging foil
CH700111B1 (en) * 2009-09-25 2010-06-30 Agie Sa Machine for making three-dimensional workpiece using focused beam of laser light causing local evaporation of particle of matter on workpiece surface, comprises laser machining head, laser source, galvanometer scanner, and optical fiber
DE102009051717A1 (en) 2009-11-02 2011-05-05 Daimler Ag Method for thermally coating a surface of a component such as a crankcase cylinder barrel of an internal combustion engine, comprises increasing the roughness of the surface of the component
US20130209745A1 (en) * 2012-02-10 2013-08-15 National Research Council Of Canada Method of coating of a substrate with a thermal spray coating material and coated substrate formed thereby
CN203265910U (en) * 2013-03-25 2013-11-06 武汉市凯瑞迪激光技术有限公司 Solid laser honing and processing device
EP3047934A1 (en) 2013-04-16 2016-07-27 Volkswagen AG Device for structuring the surface of a machine element
DE102013224207B4 (en) 2013-11-27 2016-08-18 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laser processing machine
US20160376690A1 (en) * 2015-06-29 2016-12-29 GM Global Technology Operations LLC Phosphating or anodizing for improved bonding of thermal spray coating on engine cylinder bores

Also Published As

Publication number Publication date
MX2018010368A (en) 2018-12-06
CN108698162A (en) 2018-10-23
WO2017148716A2 (en) 2017-09-08
KR20180119591A (en) 2018-11-02
CN108698162B (en) 2021-05-14
KR102186359B1 (en) 2020-12-04
WO2017148716A3 (en) 2017-10-26
US11364571B2 (en) 2022-06-21
DE102016103578A1 (en) 2017-08-31
US20210213566A1 (en) 2021-07-15
DE202016008441U1 (en) 2017-12-20
DE102016103578B4 (en) 2021-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016103578B4 (en) Device and method for roughening substrates
DE3933448A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR DRILLING A SPECIFICALLY SHAPED BORE IN A WORKPIECE
DE10123097B4 (en) Tool head for laser material processing
DE69628122T2 (en) Laser radiation system submerged under water
DE102009008650A1 (en) Bearing surface in e.g. engine connecting rod, includes lubrication micro-pockets in closely-spaced pattern of rows formed by picosecond-pulsed laser beam around bearing surface
DE102012109203B3 (en) Apparatus and method for coating cylinder bores of an engine block
EP2535142A1 (en) Method and device for processing workpieces which use conoscopic holography
DE102011000005A1 (en) Apparatus and method for processing a workpiece with a laser beam
WO2008110613A1 (en) Device and method for guiding a light beam
DE102012003202A1 (en) Device useful for processing workpieces, preferably blades by wet laser, comprises a base, machining unit movably mounted on base, which carries wet laser unit, and workpiece support, where wet laser unit comprises e.g. laser beam source
EP2429755A1 (en) Device and method for machining the circumference of a material strand by means of a laser
EP4035823A1 (en) Process for beam processing of a plate or tubular workpiece
DE102007007188B4 (en) machining center
DE102010018686A1 (en) Apparatus and method for laser cladding with powdered filler material
DE102009008284B4 (en) Method and device for laser-assisted, machining of high-strength materials
DE19711232C1 (en) Treatment of bore surfaces in workpieces
EP2363238B1 (en) Machine tool with workpiece measuring device
DE102005019757A1 (en) Device for laser beam treatment of surfaces of metallic components, e.g. for combustion engine blocks, has light transparent deflection unit with mutually plane-parallel entrance surfaces for laser beam
EP2036638B1 (en) Device for processing in particular large diameters of a workpiece
DD268421A5 (en) METHOD AND DEVICE FOR REMOVING COATINGS WITH A LASER BEAM
WO2015139689A1 (en) Vacuum chamber having a protective housing
DE19538560A1 (en) Machining of long workpieces
DE102013214925A1 (en) Housing for a beam path, processing chamber and method for laser processing
AT515183B1 (en) In-line process and in-line production line
DE102019105295B4 (en) Methods and devices for the production of roughened surfaces

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20180905

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20200110

19U Interruption of proceedings before grant

Effective date: 20201001

19W Proceedings resumed before grant after interruption of proceedings

Effective date: 20211201

19W Proceedings resumed before grant after interruption of proceedings

Effective date: 20210901

RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: GEHRING TECHNOLOGIES GMBH + CO. KG

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20230901