ES2261320T3 - Aparato de tratamiento laser con dispositivo de observacion. - Google Patents
Aparato de tratamiento laser con dispositivo de observacion.Info
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- ES2261320T3 ES2261320T3 ES01127214T ES01127214T ES2261320T3 ES 2261320 T3 ES2261320 T3 ES 2261320T3 ES 01127214 T ES01127214 T ES 01127214T ES 01127214 T ES01127214 T ES 01127214T ES 2261320 T3 ES2261320 T3 ES 2261320T3
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- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
- B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
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Abstract
Aparato de tratamiento láser, particularmente aparato de soldadura láser, con una fuente de rayo láser (2) para producir un rayo láser (LS) y con una unidad (8) de enfoque giratoria para enfocar el rayo láser (LS) en un enfoque (F), y para girar el rayo láser (LS) alrededor de dos ejes de rotación (x, y) que se cruzan en un punto de intersección común (S), caracterizado por el hecho que la unidad de enfoque (8) contiene un espejo desviador (82) que está montado alrededor de uno de los ejes de rotación (y) de tal modo que siga un movimiento de rotación de la unidad de enfoque de un ángulo de rotación (By) por un movimiento de rotación de medio ángulo de rotación (8y/2), estando montado en la trayectoria del rayo láser (LS) entre la fuente de rayo láser (2) y la unidad de enfoque (8) un espejo dicroico al que está asociado un dispositivo fijo de observación (20) de tal manera que su eje óptico (22) coincida con el eje (24) del rayo láser (LS) que se propaga en dirección de la propagación delrayo láser (LS), tal como se ve detrás del espejo dicroico (4).
Description
Aparato de tratamiento láser con dispositivo de
observación.
La invención se refiere a un aparato de
tratamiento láser, particularmente un aparato de soldadura láser,
con un dispositivo de observación para observar el punto de
trabajo.
Al tratar una pieza de trabajo con un rayo láser
es necesario colocar el respectivo punto de trabajo correctamente en
el enfoque del rayo láser enfocado por una unidad de enfoque.
Particularmente en el tratamiento manual de precisión de una pieza
de trabajo con un llamado aparato de soldadura manual por láser, por
ejemplo en la mecanización ulterior de moldes para fundición
inyectada por soldadura de reconstrucción, se utiliza un microscopio
de observación para el correcto ajuste del enfoque y del punto de
impacto del rayo láser en la pieza de trabajo. El posicionamiento
correcto de la pieza de trabajo se realiza con la ayuda de una mesa
x-y cuya altura es ajustable. A efectos de poder
tratar también bordes o alcanzar unos puntos de trabajo en la
superficie que están orientados verticalmente con respecto al plano
x-y, se debe adaptar también la dirección de
propagación del rayo láser enfocado con relación a la pieza de
trabajo, es decir, el ángulo bajo el cual el rayo láser cae sobre la
pieza de trabajo, a la respectiva posición del punto de trabajo, de
manera que pueda ser necesario adicionalmente volcar la pieza de
trabajo con relación a la unidad de enfoque.
Por la patente DE 38 07 471 A1 es conocido un
dispositivo para guiar un rayo láser en el cual el rayo láser puede
girarse mediante un espejo desviador giratorio alrededor de dos ejes
perpendiculares el uno con respecto al otro, a efectos de permitir
en el tratamiento de piezas de trabajo no planas un ajuste correcto
del ángulo bajo el cual cae el rayo láser sobre la pieza de trabajo.
De esta manera la dirección de propagación del rayo láser en el
punto de trabajo respectivo puede ajustarse verticalmente con
respecto a la superficie de la pieza de trabajo, sin necesidad de
girar a este efecto la pieza de trabajo entera. Sin embargo, el
dispositivo conocido no prevé la utilización de un auxiliar óptico
para controlar el posicionamiento correcto del rayo láser sobre la
pieza de trabajo.
De acuerdo con la patente
JP-A-02 104488 la unidad de enfoque
es giratoria alrededor de dos ejes.
Un aparato de tratamiento láser con un
microscopio de observación se conoce por ejemplo por la patente US
5,449,882 A. En este aparato de tratamiento láser, detrás de un
espejo dicroico, está dispuesto un microscopio fijo de observación
que permite la observación de una pieza de trabajo en la zona de
operación del rayo láser. En el dispositivo conocido, la utilización
de un microscopio fijo es suficiente ya que el mismo solo permite un
desplazamiento lineal del rayo láser en una zona de operación
relativamente reducida, de modo que el enfoque del rayo láser no
quite el campo visual fijo del microscopio de observación. Además,
la posición del enfoque del rayo láser solo se percibe cuando el
mismo cae sobre la pieza de trabajo de manera que una corrección de
la posición del enfoque solo pueda efectuarse después de comenzar el
tratamiento.
El objeto de la invención es indicar un aparato
de tratamiento láser, particularmente un aparato de soldadura láser,
que teniendo una construcción compacta y una zona de operación
relativamente grande que se pueda captar por el rayo láser, permita
un posicionamiento preciso y una orientación del rayo láser hacia la
pieza de trabajo, aun antes de empezar el tratamiento.
Este objeto es alcanzado de acuerdo con la
invención mediante un aparato de tratamiento láser con las
características de la reivindicación 1.
Puesto que se prevé una unidad de enfoque
giratoria, en una multitud de casos de aplicación ya no es necesario
que la pieza de trabajo se vuelque o se gire. La orientación del
rayo láser se efectúa más bien mediante el giro de la unidad de
enfoque que puede ser posicionada de manera más precisa y con menos
esfuerzos mecánicos debido al movimiento reducido de masas.
Adicionalmente, utilizando una unidad de enfoque giratoria, se puede
realizar un gran ángulo de desviación mediante una pequeña lente de
enfoque o un pequeño espejo de enfoque.
Puesto que en la trayectoria del rayo láser,
entre la fuente de rayo láser y la unidad de enfoque, además está
dispuesto un espejo dicroico al que está atribuido un dispositivo de
observación de tal modo que el eje óptico del mismo coincida con el
eje del rayo láser que se propaga en la dirección de propagación del
rayo láser, visto delante o detrás del espejo dicroico, se permite
un posicionamiento correcto y preciso de la pieza de trabajo en el
punto de trabajo y en la orientación del rayo láser. Gracias al
cruce o la superposición de la trayectoria del rayo láser y del
dispositivo de observación se garantiza que el enfoque del rayo
láser, es decir el punto de operación correcto, se sitúe, incluso
cuando el rayo láser cambie su orientación, siempre en el centro del
campo visual del dispositivo de observación, por ejemplo coincidente
con un retículo mezclado. En otras palabras: el centro del campo
visual representa obligatoriamente y automáticamente el punto de
impacto del rayo láser sobre la pieza de trabajo. La posición
correcta de la pieza de trabajo se da entonces cuando el punto de
trabajo elegido en la superficie de la pieza de trabajo está
ajustado centralmente y nítidamente en el dispositivo de
observación. Ya antes de empezar el tratamiento, es decir antes de
encender la fuente de rayo láser, se puede ajustar de esta manera la
posición del enfoque exactamente sobre el punto de trabajo
deseado.
Debido a la disposición del espejo dicroico
delante de la unidad de enfoque giratoria, a saber en aquel segmento
de la trayectoria del rayo láser desde la fuente de rayo láser hasta
la unidad de enfoque cuyo espacio está fijo dentro del aparato de
tratamiento láser, el rayo láser basculante puede ser observado
mediante un dispositivo de observación igualmente fijo, pudiendo ser
la zona de operación del rayo láser, captada por el movimiento
giratorio, mayor que el campo visual del dispositivo de observación.
Puesto que el campo visual del dispositivo de observación sigue
automáticamente y obligatoriamente al movimiento giratorio del rayo
láser, según el caso de aplicación se puede trabajar con unas
amplificaciones a escalas relativamente altas.
Otras realizaciones ventajosas de la invención
resultan de las subreivindicaciones.
Para obtener más detalles de la invención se
hace referencia al ejemplo de realización en el dibujo, cuya única
figura muestra un aparato de tratamiento láser de acuerdo con la
invención en una representación esquemática en perspectiva.
De acuerdo con la figura, el aparato de
tratamiento láser comprende una fuente 2 de rayo láser, por ejemplo
un láser de cuerpo sólido Nd:YAG que genera un rayo láser LS. En la
trayectoria del rayo láser LS está dispuesto un espejo 4 dicroico
(selectivo de la longitud de onda) que refleja el rayo láser LS, de
modo que el mismo sea desviado mediante otro espejo desviador 6
hacia una unidad de enfoque giratoria 8 que enfoca el rayo láser LS.
La trayectoria del rayo láser LS entre la unidad de enfoque 8 y la
fuente de rayo láser 2 está fijado en el espacio dentro del aparato
de tratamiento láser.
En el ejemplo de realización, la unidad de
enfoque giratoria 8 contiene un espejo desviador 82 así como una
óptica de enfoque 84 intercalada óptimamente corriente abajo, en el
ejemplo de realización una lente con la cual el rayo láser LS es
enfocado en la pieza de trabajo WS. La pieza de trabajo WS, a
efectos del posicionamiento correcto, está dispuesta en una posición
inicial necesaria para el tratamiento láser, y a efectos del
movimiento relativo entre el rayo láser LS y la pieza de trabajo WS
durante el tratamiento está dispuesta en una mesa en cruz cuya
altura se puede ajustar, representada en la figura simbólicamente
mediante un cruce de ejes 10.
La unidad de enfoque giratoria 18 está en
suspensión Cardan y es inclinable alrededor de dos ejes de rotación,
en el ejemplo de realización alrededor de dos ejes de rotación x,y
ortogonal uno con respecto al otro, de modo que el rayo láser
enfocado LS pueda ser inclinado alrededor de los ángulos de rotación
\theta_{x}, \theta_{y}. Uno de los ejes de rotación x,y, en
el ejemplo de realización el eje de rotación x, coincide con el eje
del rayo láser que se propaga desde el espejo desviador 6 hasta la
unidad de enfoque 8. El eje de rotación y discurre
perpendicularmente al mismo. Los ejes de rotación x,y se cruzan en
un punto común de intersección S que es al mismo tiempo el punto de
impacto del rayo láser LS sobre el espejo desviador 82.
Un movimiento giratorio de la unidad de enfoque
8 causa un movimiento giratorio del rayo láser LS en el plano de
tratamiento por los ángulos \theta_{x}, \theta_{y}. Para que
el rayo láser LS siga al movimiento giratorio de la unidad de
enfoque 8 alrededor del eje de rotación y, es necesario volcar el
espejo desviador 82 en un ángulo \theta_{y}/2. Por lo tanto, el
espejo desviador 82 debe ser volcado alrededor del eje de rotación
en un ángulo que llega a ser la mitad del ángulo de rotación
\theta_{y} de la unidad de enfoque 8: por este motivo el espejo
desviador 82 está dispuesto de modo giratorio dentro de la unidad de
enfoque 8 UM el eje de rotación y con respecto a la unidad de
enfoque 82, y por lo tanto también con respecto a la óptica de
enfoque 84 instalada fijamente dentro de la unidad de enfoque 8. La
figura ilustra este extremo en la representación esquemática del
soporte oscilante 86.
Detrás del espejo dicroico 4 está dispuesto un
microscopio binocular de observación 20 fijamente de tal manera que
el eje óptico 22 del mismo coincida con el eje óptico 24, instalado
fijamente dentro del aparato de tratamiento láser, del rayo láser LS
desviado por el espejo dicroico 4, es decir, propagándose delante o
detrás del espejo dicroico 4, visto en la dirección de propagación
del rayo láser LS. En el ejemplo de realización, el espejo dicroico
4 está configurado de tal manera que refleje la luz en la zona de
longitud de onda del rayo láser LS, en el ejemplo 1064 nm, y que de
paso a la luz en la zona de longitud de onda visible, de modo que,
con la ayuda del microscopio binocular de observación 20, se pueda
observar la pieza de trabajo WS en la zona del enfoque o del punto
de operación A del rayo láser LS. Puesto que la trayectoria del rayo
láser LS coincide con la trayectoria del rayo del microscopio de
observación 20, se garantiza que, en caso de un movimiento giratorio
de la unidad de enfoque 8 con el espejo desviador 82 y la óptica de
enfoque 84, el centro del campo visual F del microscopio de
observación 20, marcado preferentemente por un retículo mezclado, y
la zona de agudeza (plano del objeto representado nítidamente)
siempre coincida con el punto de operación A. En otras palabras: el
punto de operación A está posicionado correctamente en el enfoque
del rayo láser LS cuando está ajustado nítidamente en el centro del
campo visual F del microscopio de observación 20.
La rotación de la unidad de enfoque 8 alrededor
de los ejes de rotación x,y se efectúa manualmente, para permitir un
ajuste individual del ángulo de impacto y punto de impacto del rayo
láser LS sobre la pieza de trabajo WS. Mediante un mecanismo de
impulsión acoplado con la unidad de enfoque 8, el espejo desviador
82 sigue automáticamente al movimiento giratorio de la unidad de
enfoque 8 en el ángulo respectivamente correcto \theta_{x},
\theta_{y}/2. Sin embargo, básicamente también es posible
utilizar impulsos de motor para girar la unidad de enfoque y
efectuar un mando automático para el tratamiento de series, es
decir, de una multitud de piezas de trabajo WS idénticas. En este
caso, el microscopio de observación 20 solo sirve para el control
del procedimiento.
En vez del espejo dicroico representado en la
figura, transparente para la luz en la zona visible de longitud de
onda, fundamentalmente también es posible utilizar un espejo
dicroico que trasmite la luz de láser y refleje la luz en la zona
visible de longitud de onda.
Adicionalmente, en vez de un microscopio
binocular de observación de instalación fija también se puede
proveer una camera video que permite un telemando de la óptica
basculante.
| 2 | fuente de rayo láser |
| 4 | espejo dicroico |
| 6 | espejo desviador |
| 8 | unidad de enfoque giratoria |
| 10 | cruce de ejes |
| 20 | microscopio de observación |
| 22,24 | eje óptico |
| 82 | espejo desviador |
| 84 | óptica de enfoque |
| 86 | soporte oscilante |
| LS | rayo láser |
| WS | pieza de trabajo |
| F | campo visual |
| S | punto de intersección |
| A | punto de operación |
| x,y | ejes de rotación |
| \thetax, \thetay | ángulo de rotación |
Claims (2)
1. Aparato de tratamiento láser, particularmente
aparato de soldadura láser, con una fuente de rayo láser (2) para
producir un rayo láser (LS) y con una unidad (8) de enfoque
giratoria para enfocar el rayo láser (LS) en un enfoque (F), y para
girar el rayo láser (LS) alrededor de dos ejes de rotación (x,y) que
se cruzan en un punto de intersección común (S),
caracterizado por el hecho que la unidad de enfoque (8)
contiene un espejo desviador (82) que está montado alrededor de uno
de los ejes de rotación (y) de tal modo que siga un movimiento de
rotación de la unidad de enfoque de un ángulo de rotación
(\thetay) por un movimiento de rotación de medio ángulo de
rotación (\thetay/2), estando montado en la trayectoria del rayo
láser (LS) entre la fuente de rayo láser (2) y la unidad de enfoque
(8) un espejo dicroico al que está asociado un dispositivo fijo de
observación (20) de tal manera que su eje óptico (22) coincida con
el eje (24) del rayo láser (LS) que se propaga en dirección de la
propagación del rayo láser (LS), tal como se ve detrás del espejo
dicroico (4).
2. Aparato de tratamiento láser según la
reivindicación 1, con una unidad de enfoque (8) en suspensión
Cardan.
Applications Claiming Priority (2)
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