EP3749478A1 - Arbeitskopf zur bearbeitung von oberflächen - Google Patents

Arbeitskopf zur bearbeitung von oberflächen

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Publication number
EP3749478A1
EP3749478A1 EP19700481.5A EP19700481A EP3749478A1 EP 3749478 A1 EP3749478 A1 EP 3749478A1 EP 19700481 A EP19700481 A EP 19700481A EP 3749478 A1 EP3749478 A1 EP 3749478A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
working head
machined
laser beam
head according
optical components
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Withdrawn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
EP19700481.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Greifzu
Torsten Kahl
Wolfgang Lippmann
Antonio Hurtado
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.)
Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
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 Technische Universitaet Dresden filed Critical Technische Universitaet Dresden
Publication of EP3749478A1 publication Critical patent/EP3749478A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0732—Shaping the laser spot into a rectangular shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/361—Removing material for deburring or mechanical trimming

Definitions

  • the invention relates to a working head for processing surfaces, in particular the removal of coating material. It can be used to remove contaminated coatings from surfaces.
  • An inventive working head can be used, for example, for stripping and cleaning painted concrete surfaces / unpainted, contaminated concrete surfaces.
  • For the surface removal of various materials by means of laser radiation a variety of methods and devices are already known in the art. These methods are used in a wide variety of industrial sectors. In nuclear engineering, however, these processes have remained as an idea or prototype.
  • the conventional systems used for laser processing consist of the following components. one
  • the laser beam is guided perpendicular to the machined surface. It can be partially or completely reflected. This reflection can lead to a destruction of the laser optics or the optical components. On the other hand, it can very easily lead to contamination of the laser optics or other optical components in this vertical arrangement. This contamination is generated by particles flaking off the machined surface or by process emissions arising. The particles dissolve by the applied impulse when flaking up in the direction of the optical components and can be deposited on this. The laser beam can interfere with the storage and thus tend to destroy the optical components. Other process emissions, such as Incineration residues, incompletely blocked particles and any organic compounds that may be formed can also form deposits as particles or coatings.
  • the working head according to the invention has significant differences from the already known technical solutions, which bring benefits for the Verwen tion and represent an extension of the current state of the art.
  • the working head is designed so that a laser beam is directed through optical components on a surface to be machined by the inside hollow working head. It is an aligned in the direction of a surface to be machined upper planar end face, which surrounds a respective bear to processing surface area and forms an opening on the working head exists.
  • the plane planar face is aligned so that a guided through the working head laser beam at an angle of at least 20 ° and a maximum of 70 ° incident on the surface to be machined.
  • the laser beam can be directed by the working head onto the surface to be processed at an angle of at least 20 ° and at most 70 °. Both alternatives can be combined with each other.
  • the laser beam is guided at a corresponding angle in said region into the working head and through it.
  • a laser beam can also be introduced perpendicular to the surface to be machined in the working head and at least one laser beam deflecting the La, in particular at least one reflective ele ment be influenced so that it impinges on the surface to be machined in this angular range.
  • the laser beam is not zent risch, but moved to the outer edge of the working head in its interior perpendicular to the surface to be machined until it impinges on a laser beam reflecting element and from this with an angle in the predetermined angular range to be machined Surface impinges within the surface area to be processed.
  • This angle ensures that no or only very few particles from the surface to be machined in the direction of the optical components BEWE conditions, as they are usually accelerated perpendicular to the surface to be machined, if they are affected by the surface to be machined by the energy of Laser beam to be accelerated.
  • Another advantage of this angle of incidence of the laser beam with respect to the surface to be processed be is that the laser beam can not be reflected in the optical components, but are moved into a defined area of the working head.
  • the working head is thereby also designed so that a direct or diffuse reflection of the laser beam neither the optical components he reach, nor can leave the working head.
  • the working head can thereby form a housing in which optical components for the guidance and shaping of a laser beam are accommodated. Additional Lich further devices may be arranged in the working head, with which an influence of the removal of coating material formed particles and protection of the optical components can be achieved.
  • At least one radially encircling sealing element may be present on the flat, planar end face, with which an escape of formed particles and there an undesirable entry of ambient air can be avoided.
  • inflow openings for ambient air may also be preferably formed at a distance from the surface to be processed and preferably between the surface to be processed and a particle retention device to which reference will be made later.
  • Inlet openings may be formed distributed over the circumference of the housing of the working head.
  • they are not aligned in the direction of the center or centroid of the interior of the working head, but at an obliquely inclined angle, so that a circulating de flow can form in the interior of the working head in this area.
  • Particularly preferably inflow openings can not be formed in a straight line through the housing wall of the working head but curved.
  • ambient air can be used for cooling and for transporting formed particles.
  • the working head should be designed in such a way that air from the environment can flow into the working head and prevent the working head from sticking to the wall.
  • this training ensures that no coarse particles, which may arise from the working head due to spalling of material (s) from the surface to be processed, for example from a concrete surface, can escape.
  • the exit of the laser beam, e.g. by unwanted reflection, can also be prevented by this geometric design of the working head, which is a critical aspect of laser protection.
  • the inflow of ambient air into the working head can be achieved by means of a compressor, which is connected on the suction side to a discharge, which is present at the working head.
  • Alone or in addition to incoming ambient air can be introduced via a Zumonition and a compressed gas in the working head. It may be inert gas or reactive gas. With a reactive gas chemical reactions with the free by the energy of the laser beam chemical components of a coating, which is formed on a surface to be machined can be achieved in order to avoid, for example by a toxicological or other risk (s) , For example, an oxidation reaction can be effected with oxygen. However, it is also possible to bind or to dissolve particles formed with the compressed gas. It is also a cooling of the surface to be machined and the exhaust air and an etching or sealing of the surface to be machined thereby possible.
  • the working head can be moved manually or automatically on a surface to be machined, so that the surface area to be machined, which can be changed continuously or successively in steps from the surface area to be machined on the surface to be machined with the end face of the machining head.
  • a working head which is at least partially formed of an optically transparent plastic, also allows a direct optical feedback via thermal radiation for the operator, who can get a feedback to the running process so safely.
  • the internal structure can be optimized and executed so that a stable process is possible.
  • the laser beam can be performed in a guide tube almost up to the surface to be machined.
  • the laser beam can be guided with an optical fiber into the guide tube or through the guide tube.
  • This guide tube can fulfill two functions.
  • compressed gas e.g. Compressed air or sucked ambient air with an overpressure in the direction of the surface to be working and thus be led away from the optical components.
  • Compressed gas or sucked ambient air also ensures that additional oxygen can reach the combustion location of coating material on the surface to be processed.
  • a flow profile is created in the working head so that the laser beam can pass undisturbed to the surface to be processed and no undefined turbulence can occur in the working head.
  • a particle retainer can be performed with an assembly that can perform multiple functions.
  • the possibly, preferably passing through the guide tube into the particle retention device particles can be deflected by a defined air curtain of two different Richtun conditions against each other flowing gas flows (cross-jets) by means of a compressed gas and blown back to the surface to be processed.
  • the cross jets should be defined so that a targeted cross flow is formed.
  • flow Rich tion and flow of the two gas streams flowing transversely to each other should be chosen so that they overlap in one area.
  • This area can be arranged within the guide tube between an optical protection and the surface to be processed. In this area can Particles moving in the direction of optical components are so distracted that they can not impinge on an optical component.
  • the particle retention device may be terminated by an optical protection.
  • the optical protection can be formed with one or more laser protection glasses which can be exchanged from outside the working head by a flap. This can prevent that particles, in particular radioactive particles, can get to optics components.
  • the laser protective glasses can be monitored for their correct function so that the failure or destruction, e.g. can be detected as a precaution by coupling the Laserstrah ment of contamination. For this purpose, both a pressure monitor and a photodiode used who the. This significantly increases the continuous use capability for the workhead.
  • the optical components can be arranged in a separate housing within the working head. This can be appropriate supply and Ablei lines u.a. for compressed air and the optical fiber (light guide cable) to be present. These should be designed so that particles can not penetrate into the housing and prevent contamination of the optical components. Thus, the optical components can be fully protected against the entry of particles and thus against contamination. Further use of the optical components at different locations is possible.
  • the working head should be equipped with a device that allows homogeneous suction.
  • This device can be formed for the uniform embossing of the flow in the working head. With this device can be ensured that there may be no accumulation of particles in the working head.
  • the homogeneous suction can be achieved by a strö mung technically optimized aperture, which can adjust the pressure drop over the radial profile of the working head so that a ho mogenes flow field.
  • the adjustment of the pressure loss can be achieved via openings (holes) with adapted free cross-sectional areas (diameters), which are distributed over the entire surface of the diaphragm. This design allows the pressure loss to be defined.
  • this aperture can just be used for a retention of too large particles in the working head. Too large and sharp-edged particles could damage filters that are installed in a work head subsequently arranged exhaust air purification system. These particles can be held by the exhaust air flow and the aperture in the working head, beitskopf removed with the exhaust air flow via a discharge from the Ar and thus no longer disturbing transported back into the process.
  • the diaphragm can form a particle retention device or be part of it.
  • apertures can be formed in the aperture with different sized free cross-sectional areas.
  • the Blen de is aligned in an angle relative to the surface to be machined Win angle
  • the free cross-sectional areas of für chungen which stood in the aperture starting from the side with the smallest from the surface to be machined successively ver down to the area of the aperture with the largest distance to the surface to be machined ver.
  • the number of openings and their free cross-sectional areas can be chosen so that it sets a uniform flow profile in Ar beitskopf. Breakthroughs with the same free cross-sectional area can be arranged on both sides of the Vorschubambaslegisachse of the working head, so that in relation to the feed axis axis sym metrical conditions can be achieved.
  • a smaller flow resistance can be achieved. It can be achieved as discharge in a suction pipe mounted on one side, that only in an upper region is sucked off half of the aperture.
  • the combination of evenly distributed flow cross sections right and left, as well as the reduction of the free cross-sectional areas from top to bottom can be used for a uniform flow velocity in the working head.
  • the highly exothermic process of surface decontamination generates temperatures of over 1000 ° C. These temperatures must be safely controlled and dissipated.
  • the necessary cooling can be achieved by sucking in ambient air. This ambient air can be supplied by at least one connection in the region of the end face with which the working head is to be machined on the surface during processing, as has already been explained. With supply air, which may be formed with ambient air and / or compressed gas, a Aus Kunststoffhomogenmaschine can be achieved.
  • an exhaust pipe can be connected to the working head.
  • the discharge can be assisted or achieved by a suction.
  • a circulating flow should set, which cools all construction parts inside sufficiently, so that an additional cooling is not necessary agile. This allows for a lighter and simpler construction without producing locally high temperatures.
  • a circulating flow may be formed along the inner wall of the working head. The process requirement from DE 10 2014 214 427 A1 can also be maintained.
  • the focal spot of the laser beam should advantageously be influenced with at least one of the optical components, so that it has a greater lateral extent than parallel to the Vorschubschisraum perpendicular to the feed movement direction of the working head.
  • the focal spot on the surface to be machined should at least approximately have a rectangular shape. This can be achieved, for example, with a cylindrical lens as a suitable optical component. It should preferably a ratio of length to width of the focal spot of at least 3 to 1, FITS of at least 5 to 1 be complied with and the focal spot have a length perpendicular to the feed axis of the working head, which is correspondingly greater than its width.
  • a measuring technique used on the working head can be used for distance and feed monitoring of the working head in relation to the surface to be machined.
  • the distance of the working head to the surface to be machined can be permanent or in be pre-determined intervals are monitored. If the distance becomes too great, eg as a result of misuse by the operator, the laser beam can be switched off automatically or a warning signal (optical and / or acoustic) can be generated.
  • a warning signal optical and / or acoustic
  • breakthroughs or pipe penetrations can be reliably detected in the surface to be processed. By switching off or warning signal generation, for example, in breakthroughs can republicge provides that the laser beam can not be irradiated in adjacent rooms.
  • the removal process can be monitored during processing.
  • the laser power can be reduced or increased.
  • at least one distance sensor and / or at least one optical and / or acoustic sensor can be part of the measurement technology.
  • An optical sensor for example, be designed so that it can possibly detect Ver in connection with an electronic evaluation unit, whether the surface to be processed sufficiently processed, for example, a Be coating has been sufficiently removed, or not.
  • Ver in connection with an electronic evaluation unit whether the surface to be processed sufficiently processed, for example, a Be coating has been sufficiently removed, or not.
  • This device differs from DE 10 2014 214 427 A1 in that not only the chemical concentrations are taken into account, but also the actual removal process can be monitored and regulated.
  • a further differentiation from DE 10 2014 214 427 A1 is that the measuring technique can be mounted directly on the working head with a second laser beam for fluorescence excitation for determining certain substances to be processed on the surface to be processed, such as PCBs.
  • the connection of the measuring technique to the working head can be done so that the second laser beam and a detector have direct optical access to the combustion chamber in the working head.
  • For constructed windows can be aligned in their position and angle so that the requirement of the orthogonal position ensures each other and the angle of the laser on the surface to be machined can be optimally adjusted to the requirements of the measuring system.
  • the working head itself can advantageously be modular and formed from three individual segments. These segments can be easily and completely dismantled and cleaned. This can be a slight
  • the first segment 1 may be the actual working head in which the removal takes place. It is thermally heavily loaded.
  • the second segment 2 may be a lock, which can form the connec tion piece between the working head and the encapsulated optical components.
  • the third segment may include the optics components. Optical components can be, for example, reflective and beam-shaping optical elements which are arranged in the beam path of the laser beam.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an example of inventions to the invention working head.
  • Figure 1 shows an inventive example of a working head, which is hollow inside and in which a plurality of components are included, in a view perpendicular to the Vorschubiolosachsraum the working head.
  • the flat planar end face 11, with which the working head can be manually placed on a machined tend surface by an operator to engages a machined surface area of a surface to be machined and is at an angle a between 20 ° and 70 ° with respect to aligned surface.
  • the laser beam in this case of game through the optical fiber 2 optical components 4 for the beam guidance and shaping a protective glass 5 and a separate here Particle retention device 6 and a guide tube 7 on a surface to be processed through the opening, which is formed with the end face 11 is directed, impinges on the surface to be machined with a com plementary angle to a and accordingly not perpendicular.
  • Laser radiation reflected at the surface to be processed can not impinge directly on the sensitive components and devices arranged in the beam path of the laser beam.
  • compressed air is supplied through the draft tube 7 to the working surface, the compressed air flows parallel to the laser beam. After exiting the guide tube 7, the compressed air flows to the surface and into the space between the surface to be working and the particle retention device 6 and the Blen de 9. In this room, the compressed air mixed with intake ambient air. Ambient air can be introduced via inlet openings, which are above the surface to be machined and the end face 11 in the space 8. In space 8 compressed air, ambient air (possibly also a compressed process gases) and the Abtrag area that have been removed from the machined border surface with the energy of the laser beam, with each other.
  • a diaphragm 9 is provided, are formed in the not illustrated imputed form perforations.
  • the apertures are arranged and dimensioned with their free cross sections and designed such that the compressed air 1 introduced into the particle retention device 6 can flow into the space 8 which is formed between the aperture 9 and the surface area to be machined. With the aperture 9 larger particles can be held back. As a result, formed angular particles of a downstream filter assembly, the life of the filter material, which is disposed after the exhaust pipe 10, increased.
  • a discharge 10 for exhaust air 3 from the working head is present, which can be connected to the suction side of a compressor, not shown, and possibly a filter device.

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Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Arbeitskopf zur Bearbeitung von Oberflächen, insbesondere den Abtrag von Beschichtungsmaterial ist ein Laserstrahl durch Optik-Komponenten (2, 4, 5 und 7) auf eine zu bearbeitende Oberfläche durch den innen hohlen Arbeitskopf gerichtet. Eine in Richtung einer zu bearbeitenden Oberfläche ausgerichtete ebene planare Stirnfläche (11), die einen jeweiligen zu bearbeitenden Oberflächenbereich umgreift und eine Öffnung des Arbeitskopfes bildet, ist am Arbeitskopf vorhanden und so ausgerichtet, dass ein durch den Arbeitskopf geführter Laserstrahl in einem Winkel von mindestens 20° und maximal 70° auf die zu bearbeitende Oberfläche auftrifft. Allein oder zusätzlich dazu kann der Laserstrahl durch den Arbeitskopf auf die zu bearbeitende Oberfläche mit einem Winkel von mindestens 20° und maximal 70° gerichtet sein.

Description

Arbeitskopf zur Bearbeitung von Oberflächen
Die Erfindung betrifft einen Arbeitskopf zur Bearbeitung von Oberflächen, insbesondere den Abtrag von Beschichtungsmaterial. Es können damit kon- taminierte Beschichtungen von Oberflächen entfernt werden. Ein erfindungs gemäßer Arbeitskopf kann beispielsweise zur Entschichtung und Reinigung von lackierten Betonoberflächen/nichtlackierten, kontaminierten Betonober flächen eingesetzt werden. Für den Oberflächenabtrag von verschiedenen Werkstoffen mittels Laser strahlung sind nach Stand der Technik bereits eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Diese Verfahren werden in unterschiedlichsten in dustriellen Bereichen genutzt. In der Kerntechnik sind diese Verfahren aber als Idee bzw. Prototyp verblieben. Die konventionell für die Laserbearbeitung genutzten Systeme bestehen aus den folgenden Komponenten. Einer
Einhausung, einer Laseroptik oder Komponenten die den Laserstrahl führen und meist einer Absaugung. Detailliertere Angaben zu den einzelnen Kompo- nenten sind nicht zu finden.
In DE 10 2014 214 427 Al wurde bereits ein Verfahren zum Abtrag von che misch-toxisch belasteten Beschichtungen auf Beton beschrieben. Darin wird neben dem Verfahren auch eine Vorrichtung erläutert. Bei dem Verfahren werden chemisch-toxisch belastete Beschichtungen bei Temperaturen ober halb 1.000 °C zersetzt. Die neben dem Verfahren beschriebene Vorrichtung besteht grundsätzlich aus den zuvor beschriebenen Komponenten und einem zweiten Laser zum Nachweis der erfolgreichen Prozessführung.
Der Laserstrahl wird dabei senkrecht zur bearbeiteten Oberfläche geführt. Dabei kann er teilweise oder vollständig reflektiert werden. Diese Reflexion kann zu einer Zerstörung der Laseroptik bzw. der Optik-Komponenten führen. Zum Anderen kann es bei dieser senkrechten Anordnung sehr leicht zu einer Verschmutzung der Laseroptik oder weiterer Optik-Komponenten kommen. Diese Verschmutzung wird durch von der bearbeiteten Oberfläche abplatzen de Partikel oder entstehende Prozessemissionen erzeugt. Die Partikel lösen sich durch den aufgebrachten Impuls beim Abplatzen nach oben in Richtung der Optik-Komponenten und können sich auf diesen ablagern. An den Ablage rungen kann der Laserstrahl einkoppeln und damit tendenziell die optischen Komponenten zerstören. Weitere Prozessemissionen, wie z.B. entstehende Verbrennungsrückstände, unvollständig verbannte Partikel sowie ggf. entste hende organische Verbindungen können als Partikel oder Beschichtung eben falls Ablagerungen bilden. Diese Ablagerungen können zu einem unerwünsch ten Einkoppeln des Lasers im Bereich des Schutzglases und damit ebenfalls zur Zerstörung infolge erhöhter Absorption der Laserstrahlung an Optik- Komponenten führen. Diese Eigenschaften verhindern den wirtschaftlichen Einsatz der bekannten Vorrichtungen zum Laserabtrag, insbesondere im Be reich der Kerntechnik. Neben den bisher beschriebenen Nachteilen sind zu dem keine weiteren Maßnahmen für einen dauerhaften und effizienten Ein satz eines Laserarbeitskopfes im nuklearen Rückbau bekannt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten bei der Oberflächenbear beitung, insbesondere bei der Dekontamination von Oberflächen mit einem Laserstrahl anzugeben, mit denen ein verbesserter Schutz von Optik- Komponenten während des Betriebes und eine sichere Handhabbarkeit eines Arbeitskopfes auch im Dauerbetrieb durch einen Bediener erreichbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Arbeitskopf der die Merkma le des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei terbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen be- zeichneten Merkmalen realisiert werden.
Der erfindungsgemäße Arbeitskopf weist deutliche Unterschiede zu den be reits bekannten technischen Lösungen auf, welche Vorteile für die Verwen dung mit sich bringen und eine Erweiterung des aktuellen Standes der Technik darstellen.
Der Arbeitskopf ist so ausgebildet, dass ein Laserstrahl durch Optik- Komponenten auf eine zu bearbeitende Oberfläche durch den innen hohlen Arbeitskopf gerichtet ist. Es ist eine in Richtung einer zu bearbeitenden Ober fläche ausgerichtete ebene planare Stirnfläche, die einen jeweiligen zu bear beitenden Oberflächenbereich umgreift und eine Öffnung am Arbeitskopf bildet, vorhanden. Die ebene planare Stirnfläche ist so ausgerichtet, dass ein durch den Arbeitskopf geführter Laserstrahl in einem Winkel von mindestens 20° und maximal 70° auf die zu bearbeitende Oberfläche auftrifft. In einer zweiten Alternative dazu kann der Laserstrahl durch den Arbeitskopf auf die zu bearbeitende Oberfläche mit einem Winkel von mindestens 20° und maxi mal 70° gerichtet sein. Es können auch beide Alternativen miteinander kom biniert werden.
Bei der zweiten Alternative wird der Laserstrahl in einem entsprechenden Winkel im genannten Bereich in den Arbeitskopf hinein und durch ihn hin durch geführt. Ein Laserstrahl kann auch senkrecht zur zu bearbeitenden Oberfläche in den Arbeitskopf eingeführt und mit mindestens einem den La serstrahl ablenkenden, insbesondere mindestens einem reflektierenden Ele ment so beeinflusst werden, dass er in diesem Winkelbereich auf die zu bear beitende Oberfläche auftrifft. In diesem Fall kann der Laserstrahl nicht zent risch, sondern zum äußeren Rand des Arbeitskopfes verschoben in seinem Inneren senkrecht zur bearbeitenden Oberfläche soweit geführt werden, bis er auf ein den Laserstrahl reflektierendes Element auftrifft und von diesem mit einem Winkel im vorgegebenen Winkelbereich auf die zu bearbeitende Oberfläche innerhalb des zu bearbeitenden Oberflächenbereichs auftrifft.
Dieser Winkel sorgt dafür, dass sich keine oder nur sehr wenige Partikel von der zu bearbeitenden Oberfläche in Richtung der Optik-Komponenten bewe gen können, da sie üblicherweise senkrecht zur zu bearbeitenden Oberfläche beschleunigt werden, wenn sie von der zu bearbeitenden Oberfläche durch die Energie des Laserstrahls beschleunigt werden. Ein weiterer Vorteil dieses Anstellwinkels des Laserstrahls in Bezug zur zu bearbeitenden Oberfläche be steht darin, dass der Laserstrahl nicht in die Optik-Komponenten reflektiert werden kann, sondern in einen definierten Bereich des Arbeitskopfes bewegt werden. Zudem ist der Arbeitskopf dadurch auch so gestaltet, dass eine direk te oder diffuse Reflexion des Laserstrahls weder die Optik-Komponenten er reichen, noch den Arbeitskopf verlassen kann.
Der Arbeitskopf kann dabei ein Gehäuse bilden, in dem Optik-Komponenten für die Führung und Formung eines Laserstrahls aufgenommen sind. Zusätz lich können weitere Einrichtungen im Arbeitskopf angeordnet sein, mit denen eine Beeinflussung von beim Abtrag von Beschichtungsmaterial gebildeter Partikel und ein Schutz der Optik-Komponenten erreicht werden kann.
An der ebenen planaren Stirnfläche kann mindestens ein radial umlaufendes Dichtelement vorhanden sein, mit dem ein Austritt von gebildeten Partikeln und dort ein unerwünschtes Eintreten von Umgebungsluft vermieden werden kann. I
Im Bereich der planaren Stirnfläche können aber auch bevorzugt in einem Abstand zur zu bearbeitenden Oberfläche und bevorzugt zwischen der zu be arbeitenden Oberfläche und einer Partikelrückhalteeinrichtung, auf die später noch zurück gekommen wird, Einströmöffnungen für Umgebungsluft ausge bildet sein. Einströmöffnungen können über den Umfang des Gehäuses des Arbeitskopfes verteilt ausgebildet sein. Vorteilhaft sind sie nicht in Richtung Mittel- oder Flächenschwerpunkt des Inneren des Arbeitskopfes ausgerichtet, sondern in einem schräg geneigten Winkel dazu, so dass sich eine zirkulieren de Strömung im Inneren des Arbeitskopfes in diesem Bereich ausbilden kann. Besonders bevorzugt können Einströmöffnungen auch nicht geradlinig durch die Gehäusewand des Arbeitskopfes sondern gebogen ausgebildet sein. So eingeführte Umgebungsluft kann zur Kühlung und für einen Abtransport gebildeter Partikel genutzt werden.
Der Arbeitskopf sollte so ausgebildet sein, dass Luft aus der Umgebung in den Arbeitskopf einströmen kann und das Festsaugen des Arbeitskopfes an der Wand verhindert wird. Zugleich sorgt diese Ausbildung dafür, dass keine gro ben Partikel, die durch Abplatzung von Werkstoff(en) von der zu bearbeiten den Oberfläche, beispielsweise von einer Betonoberfläche entstehen können, aus dem Arbeitskopf austreten können. Der Austritt des Laserstrahls, z.B. durch ungewollte Reflexion, kann durch diese geometrische Gestaltung des Arbeitskopfes ebenfalls verhindert werden, was einen kritischen Aspekt des Laserschutzes darstellt.
Das Einströmen von Umgebungsluft in den Arbeitskopf kann mit Hilfe eines Verdichters, der saugseitig an eine Abführung, die am Arbeitskopf vorhanden ist, angeschlossen ist, erreicht werden.
Allein oder zusätzlich zu einströmender Umgebungsluft kann über eine Zufüh rung auch ein komprimiertes Gas in den Arbeitskopf eingeführt werden. Dabei kann es sich um inertes Gas oder auch reaktives Gas handeln. Mit einem reak tiven Gas können chemische Reaktionen mit den durch die Energie des Laser strahls frei gesetzten chemischen Komponenten einer Beschichtung, die auf einer zu bearbeitenden Oberfläche ausgebildet ist, erreicht werden, um da durch beispielsweise eine toxikologische oder andere Gefahr(en) zu vermei den. So kann beispielsweise mit Sauerstoff eine Oxidationsreaktion bewirkt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, mit dem komprimierten Gas gebildete Partikel zu binden oder zu lösen. Es ist auch eine Kühlung der zu bearbeitenden Oberfläche und der Abluft sowie ein Ätzen oder Versiegeln der zu bearbeitenden Oberfläche dadurch möglich.
Der Arbeitskopf kann manuell oder automatisiert an einer zu bearbeitenden Oberfläche bewegt werden, so dass der zu bearbeitende Oberflächenbereich, der von der an der zu bearbeitenden Oberfläche mit der Stirnfläche des Ar beitskopfes umgriffene zu bearbeitende Oberflächenbereich kontinuierlich oder sukzessive stufenweise gewechselt werden kann. Ein Arbeitskopf, der zumindest teilweise aus einem optisch transparenten Kunststoff gebildet ist, ermöglicht zudem eine direkte optische Rückkopplung über thermische Strahlung für den Bediener, der so gefahrlos eine Rückmel dung zum laufenden Prozess bekommen kann.
Der innere Aufbau kann so optimiert und ausgeführt sein, dass ein stabiler Prozess möglich ist.
Der Laserstrahl kann in einem Leitrohr fast bis zur zu bearbeitenden Oberflä che geführt sein. Der Laserstrahl kann mit einer optischen Faser in das Leitrohr oder durch das Leitrohr geführt werden. Dieses Leitrohr kann zwei Funktionen erfüllen. In dem Leitrohr kann komprimiertes Gas, z.B. Druckluft oder angesaugte Umgebungsluft mit einem Überdruck in Richtung der zu be arbeitenden Oberfläche und damit weg von den Optik-Komponenten geführt werden. Durch diesen Luftstrom können auch Partikel wieder in Richtung der zu bearbeitenden Oberfläche abgelenkt werden. Komprimiertes Gas oder an gesaugte Umgebungsluft sorgt auch dafür, dass zusätzlich Sauerstoff an den Verbrennungsort von Beschichtungsmaterial an der zu bearbeitenden Ober fläche gelangen kann. In Kombination mit einer Absaugung entsteht ein Strö mungsprofil im Arbeitskopf, so dass der Laserstrahl ungestört bis zur jeweili gen zu bearbeitenden Oberfläche gelangen kann und keine Undefinierten Verwirbelungen im Arbeitskopf entstehen können.
Eine Partikelrückhalteeinrichtung kann mit einer Baugruppe durchgeführt werden, die mehrere Funktionen erfüllen kann. Die evtl, bevorzugt durch das Leitrohr bis in die Partikelrückhalteeinrichtung gelangenden Partikel können über einen definierten Luftvorhang, der aus zwei unterschiedlichen Richtun gen gegeneinander strömenden Gasströmungen (Cross-Jets) mittels eines komprimierten Gases umgelenkt und wieder in Richtung der zu bearbeiten den Oberfläche geblasen werden. Die Cross-Jets sollten so definiert sein, dass eine gezielte Kreuzströmung ausgebildet wird. Dabei sollten Strömungsrich tung und Volumenstrom der beiden quer zueinander strömenden Gasströ mungen so gewählt werden, dass sie sich in einem Bereich überschneiden. Dieser Bereich kann innerhalb des Leitrohres zwischen einem Optikschutz und der zu bearbeitenden Oberfläche angeordnet sein. In diesem Bereich können Partikel, die sich in Richtung Optik-Komponenten bewegen, so abgelenkt wer den, dass sie nicht auf eine Optik-Komponente auftreffen können.
Die Partikelrückhalteeinrichtung kann von einem Optikschutz abgeschlossen sein. Der Optikschutz kann mit einem bzw. mehreren Laserschutzgläsern, die von außerhalb des Arbeitskopfes, durch eine Klappe, getauscht werden kön nen, gebildet sein. Dadurch kann verhindert werden, dass Partikel, insbeson dere radioaktive Partikel, an Optik-Komponenten gelangen können. Die Laser schutzgläser können auf ihre korrekte Funktion überwacht werden, so dass das Versagen oder die Zerstörung, z.B. durch das Einkoppeln der Laserstrah lung an einer Verschmutzung, vorsorglich detektiert werden kann. Hierzu kann sowohl eine Drucküberwachung als auch eine Fotodiode genutzt wer den. Dies erhöht die Dauereinsatzfähigkeit für den Arbeitskopf deutlich.
Die Optik-Komponenten können in einem separaten Gehäuse innerhalb des Arbeitskopfes angeordnet sein. Daran können entsprechende Zu- und Ablei tungen u.a. für Druckluft und der optischen Faser (Lichtleitkabel) vorhanden sein. Diese sollten so ausgeführt sein, dass keine Partikel in das Gehäuse ge langen können und eine Kontamination der Optik-Komponenten verhindert wird. Somit können die Optik-Komponenten vollständig gegen das Eintreten von Partikeln und damit gegen die Kontamination geschützt werden. Eine Weiterverwendung der Optik-Komponenten an verschiedenen Einsatzorten ist dadurch möglich.
Der Arbeitskopf sollte mit einer Einrichtung ausgestattet sein, die eine homo gene Absaugung ermöglicht. Diese Einrichtung kann für die gleichmäßige Aus prägung der Strömung im Arbeitskopf ausgebildet sein. Mit dieser Vorrichtung kann sichergestellt werden, dass es zu keiner Ansammlung von Partikeln im Arbeitskopf kommen kann. Die homogene Absaugung kann durch eine strö mungstechnisch optimierte Blende erreicht werden, die über den radialen Verlauf des Arbeitskopfes den Druckverlust so einstellen kann, dass ein ho mogenes Strömungsfeld entsteht. Die Anpassung des Druckverlustes kann über Durchbrechungen (Löcher) mit angepassten freien Querschnittsflächen (Durchmessern), die über die gesamte Fläche der Blende verteilt sind, erreicht werden. Durch diese Gestaltung lässt sich der Druckverlust definiert einstel len. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass keine umlaufende Ab- saugung benötigt wird, die eine deutliche Erhöhung der Komplexität des Ar beitskopfes bedeuten würde und zusätzliches Gewicht für den Bediener ver ursacht. Neben der Homogenisierung der Strömung kann diese Blende eben falls für eine Rückhaltung von zu großen Partikeln im Arbeitskopf genutzt werden. Zu große und scharfkantige Partikel könnten Filter, die in einer dem Arbeitskopf nachfolgend angeordneten Abluftreinigungsanlage verbaut sind, beschädigen. Diese Partikel können durch den Abluftstrom und die Blende im Arbeitskopf gehalten, mit dem Abluftstrom über eine Abführung aus dem Ar beitskopf entfernt und so nicht mehr störend in den Prozess zurück befördert werden. Die Blende kann eine Partikelrückhalteeinrichtung bilden oder deren Bestandteil sein.
Vorteilhaft können Durchbrechungen in der Blende mit unterschiedlich gro ßen freien Querschnittsflächen ausgebildet sein. In dem Fall, in dem die Blen de in einem in Bezug zur zu bearbeitenden Oberfläche schräg geneigten Win kel ausgerichtet ist, sollten sich die freien Querschnittsflächen von Durchbre chungen, die in der Blende ausgehend von der Seite mit dem kleinsten Ab stand zur zu bearbeitenden Oberfläche sukzessive bis zum Bereich der Blende mit dem größten Abstand zur zu bearbeitenden Oberfläche sukzessive ver kleinern.
Die Anzahl der Durchbrechungen und ihre freien Querschnittsflächen können so gewählt sein, dass sich daraus ein gleichmäßiges Strömungsprofil im Ar beitskopf einstellt. Durchbrechungen mit gleicher freier Querschnittsfläche können an beiden Seiten der Vorschubbewegungsrichtungsachse des Arbeits kopfes angeordnet sein, so dass in Bezug zur Vorschubbewegungsachse sym metrische Verhältnisse erreicht sein können.
So kann bei einer Durchströmung der Blende ein kleinerer Strömungswider stand erreicht werden. Dabei kann bei einem einseitig angebrachten Absaug rohr als Abführung erreicht werden, dass nur in einem oberen Bereich ober halb der Blende abgesaugt wird. Die Kombination der gleichmäßig verteilten Strömungsquerschnitte rechts und links, sowie die Verringerung der freien Querschnittsflächen von oben nach unten können für eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit im Arbeitskopf genutzt werden. Der stark exotherm ablaufende Prozess der Oberflächendekontamination er zeugt Temperaturen von über 1000 °C. Diese Temperaturen müssen sicher beherrscht und abgeführt werden. Die notwendige Kühlung kann durch das Ansaugen von Umgebungsluft erreicht werden. Diese Umgebungsluft kann durch mindestens einen Anschluss im Bereich der Stirnfläche, mit der der Ar beitskopf an der zu bearbeitenden Oberfläche während der Bearbeitung an liegt, zugeführt werden, wie dies bereits erläutert worden ist. Mit Zuluft, die mit Umgebungsluft und/oder komprimiertem Gas gebildet sein kann, kann eine Ablufthomogenisierung erreicht werden. Zur Abführung kann an den Arbeitskopf ein Abluftrohr angeschlossen sein.
Die Abführung kann durch eine Absaugung unterstützt oder erreicht werden. Im Arbeitskopf sollte sich eine zirkulierende Strömung einstellen, die alle Bau teile im Inneren ausreichend kühlt, sodass eine zusätzliche Kühlung nicht not wendig ist. Dies ermöglicht eine leichtere und einfachere Konstruktion ohne dabei lokal zu hohe Temperaturen zu erzeugen. Eine zirkulierende Strömung kann entlang der Innenwand des Arbeitskopfes ausgebildet werden. Die Pro zessanforderung aus DE 10 2014 214 427 Al können dabei ebenfalls eingehal ten werden.
Der Brennfleck des Laserstrahls sollte vorteilhaft mit mindestens einer der Optik-Komponenten so beeinflusst sein, so dass er senkrecht zur Vorschub bewegungsrichtung des Arbeitskopfes eine größere laterale Ausdehnung als parallel zur Vorschubbewegungsrichtung aufweist. Bevorzugt sollte der Brenn fleck auf der zu bearbeitenden Oberfläche zumindest annähernd eine recht eckige Form aufweisen. Dies kann beispielsweise mit einer Zylinderlinse als eine geeignete Optik-Komponente erreicht werden. Dabei sollte bevorzugt ein Verhältnis von Länge zu Breite des Brennflecks von mindestens 3 zu 1, beson ders bevorzugt von mindestens 5 zu 1 eingehalten sein und der Brennfleck eine Länge senkrecht zur Vorschubachsrichtung des Arbeitskopfes aufweisen, die entsprechend größer als sein Breite ist.
Eine am Arbeitskopf eingesetzte Messtechnik kann zur Abstands- und Vor schubüberwachung des Arbeitskopfes in Bezug zur zu bearbeitenden Oberflä che genutzt werden. Während des Einsatzes der Messtechnik kann der Ab stand des Arbeitskopfes zur zu bearbeitenden Oberfläche permanent oder in vorgebbaren Zeitabständen überwacht werden. Wird der Abstand, z.B. durch eine Fehlanwendung durch den Bediener zu groß, so kann der Laserstrahl au tomatisch abgeschaltet oder ein Warnsignale (optisch und/oder akustisch) generiert werden. Zudem können so Durchbrüche oder Rohrdurchführungen in der zu bearbeitenden Oberfläche sicher erkannt werden. Durch die Ab schaltung oder Warnsignalgenerierung, z.B. bei Durchbrüchen kann sicherge stellt werden, dass der Laserstrahl nicht in benachbarte Räume eingestrahlt werden kann. Durch die Vorschubüberwachung kann der Abtragprozess bei der Bearbeitung überwacht werden. Je nach Vorschubgeschwindigkeit, die der Bediener vorgibt, kann die Laserleistung reduziert oder erhöht werden. So kann beispielsweise mindestens ein Abstandssensor und/oder mindestens ein optischer und/oder akustischer Sensor Bestandteil der Messtechnik sein. Ein optischer Sensor kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er ggf. in Ver bindung mit einer elektronischen Auswerteeinheit erfassen kann, ob die zu bearbeitende Oberfläche ausreichend bearbeitet, beispielsweise eine Be schichtung in ausreichendem Maß entfernt worden ist, oder nicht. So kann eine Vorschubbewegung des Arbeitskopfes initiiert oder vom Bediener gefor dert werden, wenn eine ausreichende Reinigung oder Dekontaminierung er reicht worden ist.
Diese Vorrichtung unterscheidet sich insoweit von DE 10 2014 214 427 Al, dass nicht nur die chemischen Konzentrationen berücksichtigt werden, son dern auch der tatsächliche Abtragprozess überwacht und geregelt werden kann. Eine weitere Abgrenzung gegenüber DE 10 2014 214 427 Al ist zudem, dass die Messtechnik mit einem zweiten Laserstrahl zur Fluoreszensanregung für eine Bestimmung bestimmter an der zu bearbeitenden Oberfläche vor kommenden Stoffe, wie z.B. PCB direkt auf dem Arbeitskopf montiert werden kann. Die Anbindung der Messtechnik an den Arbeitskopf kann so erfolgen, dass der zweite Laserstrahl und ein Detektor direkten optischen Zugang zum Verbrennungsraum im Arbeitskopf haben. Dafür konstruierte Fenster können in ihrer Position und Winkel so ausgerichtet sein, dass die Anforderung der rechtwinkligen Position zueinander sichergestellt sowie der Winkel des Lasers auf die zu bearbeitende Oberfläche optimal auf die Anforderungen des Mess systems eingestellt werden kann. Diese Fenster mit den zugehörigen Monta geplatten ermöglichen die leichte Montage und Justierbarkeit des Detektions systems mit zweitem Laser und Detektor, wie es aus DE 10 2014 214 427 Al bekannt ist. Zudem können sie so ausgebildet und angeordnet sein, dass eine Verschmutzung vermindert werden kann, indem die Fenster nicht direkt in der Strömung verbaut, sondern etwas zurück versetzt angeordnet sind. Es kann so auch ein unerwünschter Austritt von Laserstrahlung vermieden wer den.
Der Arbeitskopf selber kann vorteilhaft modular aufgebaut und aus drei ein zelnen Segmenten gebildet sein. Diese Segmente lassen sich leicht und voll ständig demontieren sowie reinigen. Dadurch kann eine leichte
Dekontaminierbarkeit sichergestellt werden. Das erste Segment 1 kann der eigentliche Arbeitskopf sein, in dem der Abtrag stattfindet. Es ist thermisch stark belastet. Das zweite Segment 2 kann eine Schleuse sein, die das Verbin dungsstück zwischen dem Arbeitskopf und den gekapselten Optik- Komponenten bilden kann. Das dritte Segment kann die Optik-Komponenten enthalten. Optik-Komponenten können beispielsweise reflektierende und strahlformende optische Elemente sein, die im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet sind.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigt:
Figur 1 in schematischer Schnittdarstellung ein Beispiel eines erfin dungsgemäßen Arbeitskopfes.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Beispiel eines Arbeitskopfes, der innen hohl ist und in dem mehrere Komponenten aufgenommen sind, in einer An sicht senkrecht zur Vorschubbewegungsachsrichtung des Arbeitskopfes.
Die ebene planare Stirnfläche 11, mit der der Arbeitskopf auf eine zu bearbei tende Oberfläche von einem Bediener manuell aufgesetzt werden kann, um greift einen zu bearbeitenden Oberflächenbereich einer zu bearbeitenden Oberfläche und ist in einem Winkel a zwischen 20 ° und 70 ° in Bezug zur zu bearbeitenden Oberfläche ausgerichtet. Der Laserstrahl, der bei diesem Bei spiel durch die optische Faser 2 Optik-Komponenten 4 für die Strahlführung und -formung ein Schutzglas 5 und eine hier gesonderte Partikelrückhalteeinrichtung 6 sowie ein Leitrohr 7 auf einen zu bearbeiten den Oberflächenbereich durch die Öffnung, die mit der Stirnfläche 11 gebildet ist, gerichtet wird, trifft auf die zu bearbeitende Oberfläche mit einem kom plementären Winkel zu a und dementsprechend nicht senkrecht auf. An der zu bearbeitenden Oberfläche reflektierte Laserstrahlung kann so nicht direkt auf die empfindlichen Komponenten und Einrichtungen, die im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet sind, auftreffen.
Bei dem gezeigten Beispiel gelangt Druckluft 1, die aus der Umgebung ange saugt und komprimiert worden ist, innerhalb des Arbeitskopfes neben der optischen Faser 2, den Optik-Komponenten 4, dem Schutzglas von mindestens zwei Seiten in die Partikelrückhalteeinrichtung 6. Dort überschneiden sich die mindestens zwei Druckluftströme und bilden Querströmungen mit denen ver hindert werden kann, dass bei der Bearbeitung gebildete Partikel eines von der zu bearbeitenden Oberfläche zu entfernenden Beschichtungsmaterials auf Optik-Komponenten 4 oder mindestens ein, wie im allgemeinen Teil der Be schreibung erläutert, austauschbares Schutzglas 5, auftreffen können.
Bei diesem Beispiel wird Druckluft als ein Beispiel für komprimiertes Gas durch das Leitrohr 7 auf die bearbeitende Oberfläche geführt, die Druckluft strömt dabei parallel zum Laserstrahl. Nach dem Austritt aus dem Leitrohr 7 strömt die Druckluft auf die Oberfläche und in den Raum zwischen der zu be arbeitenden Oberfläche und der Partikelrückhalteeinrichtung 6 bzw. der Blen de 9. In diesem Raum vermischt sich die Druckluft mit angesaugter Umge bungsluft. Umgebungsluft kann über Einströmöffnungen, die oberhalb der zu bearbeitenden Oberfläche und der Stirnfläche 11 in den Raum 8 eingeführt werden. Im Raum 8 vermischen sich Druckluft, Umgebungsluft (ggf. auch ein komprimiertes Prozessgase) und die Abtragprodukte, die von der zu bearbei tenden Oberfläche mit der Energie des Laserstrahls abgetragen worden sind, miteinander.
Über die Partikelrückhalteeinrichtung 6 oder die Blende 9, mit der eine Ablufthomogenisierung erreichbar ist, strömen dann alle Gase durch das Ab gasrohr 10 zur Absaugung. Im Raum 8 bildet sich gegenüber der Umgebung entsteht ein Unterdrück und im Leitrohr 7 herrscht ein Überdruck gegenüber der Umgebung. Bei dem gezeigten Beispiel ist eine Blende 9 vorhanden, in der in nicht darge stellter Form Durchbrechungen ausgebildet sind. Die Durchbrechungen sind so angeordnet und mit ihren freien Querschnitten so dimensioniert und ge- staltet, dass die in die Partikelrückhalteeinrichtung 6 eingeführte Druckluft 1 in den Raum 8, der zwischen Blende 9 und dem zu bearbeitenden Oberflä chenbereich ausgebildet ist, einströmen kann. Mit der Blende 9 können auch größere Partikel zurück gehalten werden. Dadurch können gebildete kantigen Partikel von einer nachgeschalteten Filteranordnung kann die Lebensdauer des Filtermaterials, das nach dem Abluftrohr 10 angeordnet ist, erhöht.
Am Arbeitskopf ist auch eine Abführung 10 für Abluft 3 aus dem Arbeitskopf vorhanden, die saugseitig an einen nicht dargestellten Verdichter und ggf. eine Filtereinrichtung angeschlossen sein kann.
Schematisch angedeutet ist auch eine Messtechnik 12 am Arbeitskopf vor handen, mit der die im allgemeinen Teil der Beschreibung erläuterte Ab standsmessung zur zu bearbeitenden Oberfläche und eine Beeinflussung des Vorschubweges des Arbeitskopfes durchgeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Arbeitskopf zur Bearbeitung von Oberflächen, insbesondere den Ab trag von Beschichtungsmaterial, bei der ein Laserstrahl durch Optik- Komponenten (2, 4, 5 und 7) auf eine zu bearbeitende Oberfläche durch den innen hohlen Arbeitskopf gerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine in Richtung einer zu bearbeitenden Oberfläche ausgerichtete ebene planare Stirnfläche (11), die einen jeweiligen zu bearbeitenden Oberflächenbereich umgreift und eine Öffnung des Arbeitskopfes bil det, am Arbeitskopf vorhanden ist, die so ausgerichtet ist, dass ein durch den Arbeitskopf geführter Laserstrahl in einem Winkel von min destens 20° und maximal 70° auf die zu bearbeitende Oberfläche auf trifft
und/oder
der Laserstrahl durch den Arbeitskopf auf die zu bearbeitende Oberflä che mit einem Winkel von mindestens 20° und maximal 70° gerichtet ist.
2. Arbeitskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser strahl mit mindestens einem reflektierenden Element als eine Optik- Komponente auf die zu bearbeitende Oberfläche mit einem Winkel von mindestens 20° und maximal 70° gerichtet ist.
3. Arbeitskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Arbeitskopf eine Abführung (10) für aus der Umgebung angesaugte Umgebungsluft oder ein in den Arbeitskopf eingeführtes komprimier tes Gas und eine Zuführung für Umgebungsluft (1) oder für kompri miertes Gas vorhanden sind, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass oberhalb des zu bearbeitenden Oberflächenbereichs zwei Quer strömungen ausgebildet sind, die sich in einem Bereich überschneiden.
4. Arbeitskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen einer an der Abführung (10) angeordne ten Austrittsöffnung und Optik-Komponenten (2, 4, 5, und 7) eine Partikelrückhalteeinrichtung (9) angeordnet ist, durch die Umgebungs luft (1) oder komprimiertes Gas in den Bereich oberhalb des zu bear beitenden Oberflächenbereichs einführbar und so ausgebildet ist, dass Partikel von den Optik-Komponenten (2, 4, 5 und 7) fern gehalten werden.
5. Arbeitskopf nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Partikelrückhalteeinrichtung (9) mit einer Blende, in der Durchbrechungen ausgebildet sind, ausgebildet ist.
6. Arbeitskopf nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Durchbrechungen in der Blende so angeordnet und mit ihren freien Querschnitten so dimensioniert sind, dass oberhalb des zu bearbeitenden Oberflächenbereichs und unterhalb der Blende eine wirbelförmige Strömung der angesaugten Umgebungsluft (1) oder zwei Querströmungen ausgebildet wird/werden.
7. Arbeitskopf nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende in einem in Bezug zur zu bearbeiten den Oberfläche schräg geneigt ist und sich dabei bevorzugt die freien Querschnittsflächen von Durchbrechungen, die in der Blende ausge hend von der Seite mit dem kleinsten Abstand zur zu bearbeitenden Oberfläche sukzessive bis zum Bereich der Blende mit dem größten Abstand zur zu bearbeitenden Oberfläche sukzessive verkleinern.
8. Arbeitskopf nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelrückhalteeinrichtung (9) und/oder die Blende so ausgebildet ist/sind, dass eine Strömung der angesaugten Umluft (1) entlang der Innenwand des Arbeitskopfes oberhalb des zu bearbeitenden Oberflächenbereichs, bevorzugt eine zirkulierende Strömung erreicht wird.
9. Arbeitskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass am Arbeitskopf mindestens ein Laserschutzglas vorhanden ist, das durch eine Klappe austauschbar ist.
10. Arbeitskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der Brennfleck des Laserstrahls mit mindestens ei ner der Optik-Komponenten so beeinflusst ist, dass er senkrecht zur Vorschubbewegungsrichtung des Arbeitskopfes eine größere laterale Ausdehnung als parallel zur Vorschubbewegungsrichtung aufweist, be vorzugt zumindest annähernd eine rechteckige Form hat.
11. Arbeitskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass am Arbeitskopf eine Messtechnik (12) zur Ab stands- und Vorschubüberwachung des Arbeitskopfes in Bezug zur zu bearbeitenden Oberfläche vorhanden ist.
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