WO1991013718A1 - Vorrichtung zum bearbeiten einer endlosen bahn - Google Patents

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WO1991013718A1
WO1991013718A1 PCT/DE1991/000194 DE9100194W WO9113718A1 WO 1991013718 A1 WO1991013718 A1 WO 1991013718A1 DE 9100194 W DE9100194 W DE 9100194W WO 9113718 A1 WO9113718 A1 WO 9113718A1
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WO
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laser beam
disc
web
axis
rotation
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PCT/DE1991/000194
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Inventor
Klaus Wittmaier
Original Assignee
Schober Gmbh Werkzeug- Und Maschinenbau
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Publication date
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    • 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
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0838—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction by using an endless conveyor belt
    • B23K26/0846—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction by using an endless conveyor belt for moving elongated workpieces longitudinally, e.g. wire or strip material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B23K26/0821—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head using multifaceted mirrors, e.g. polygonal mirror

Definitions

  • the invention relates to a device for processing an endless web with at least one laser emitting a focused laser beam with an optical system, a polygon mirror designed as a disc, the edge of which has the mirrors, and is rotatable about an axis and deflects the laser beam onto the web.
  • Such a device is known from DE 26 58 682 C2, in which the laser beam is deflected by means of a rotating disk which has mirrors arranged in a chain-like manner at its edge.
  • the deflected laser beam strikes a concave mirror and is guided by it via another mirror in the direction of the web to be processed.
  • the polygon mirror can be moved back and forth about another axis that is perpendicular to the axis of rotation. This back and forth movement allows the laser beam to be moved anywhere on the surface of the web.
  • this device has the disadvantage that on the one hand a complex optical system with mirrors for Deflection and deflection of the laser beam is necessary, moreover, due to its inertia, the polygon mirror can only be moved back and forth up to a certain frequency, since otherwise excessive acceleration and deceleration forces act on it, which leads to gradual damage to the polygon mirror due to the high would lead to bearing loads. Due to the limitation of the frequency, the laser beam can only change direction on the endless path within a certain time, which is dependent on the frequency of the change in the direction of rotation of the mirror. If the material web is to be cut with this device, only a limited number of cutting shapes are possible.
  • EP 0 329 438 A1 discloses a device in which a laser beam is deflected via a plurality of individual mirrors. These mirrors are helically attached to a rotating drum.
  • a swash plate is provided, on the reflecting surface of which a laser beam is reflected, thereby deflecting it in certain directions. However, the directions are determined by the angle of the swashplate.
  • DE 29 22 976 C2 and DE 29 37 914 C2 each disclose a device in which a laser beam is deflected by means of a double disk which is positioned at an angle to the laser beam. The edge of a double disc is ground at an angle, which changes the angle of reflection of the laser beam. This device serves primarily to split the laser beam into two partial beams which have different angles to one another.
  • the invention is therefore based on the object of developing a device of the type mentioned in such a way that with simple means the laser beam can be moved at high frequency on the web to be processed.
  • the laser beam is deflected onto the path, in that the axes of the mirrors are essentially at an angle different from 90 ° to the axis of rotation, and in that the axis of rotation is stationary.
  • the mirror surface preferably has an angle deviating from 90 ° to the plane of the pane.
  • the deflection of the laser beam onto the web advantageously means that no or only a few optical elements, such as further mirrors, lenses and the like, are necessary following the pane. This results in a very simple construction of the device. Because the axes of the mirrors are essentially at an angle of 90 ° to the axis of rotation, the laser beam can be moved without swiveling the disk as a function of the position of the mirrors on the track. Accordingly, the course of the laser beam on the track is predetermined in accordance with the mirror position. Since an endless path is processed with a constant cut, the rigid definition of the individual mirrors deflecting the laser beam enables very precise, identical cuts to be achieved with long tool life without readjustment.
  • a change of the disc is only necessary if the course of the laser beam on the web is to be changed, that is, if the web should have a different cutting course.
  • the fixed axis of rotation ensures simple mounting of the disk and also high deflection accuracy of the laser beam.
  • the bearing load is low due to the continuous movement of the polygon mirror disk and high deflection speeds can be achieved for the laser beam.
  • the level is
  • Swashplate designed disk has the advantage that the laser beam, which is deflected by the mirrors provided at the edge of the disk, can be moved on the web by this deflection by the wobble movement.
  • the disk preferably has a shape deviating from the circular shape.
  • the edge region can always be held in the laser beam during the rotating or wobbling movement of the disk in such a way that it can be deflected by the mirrors provided on the edge.
  • the laser beam is preferably clocked in accordance with the number of mirror surfaces, their size, the path speed and the speed of rotation of the polygene mirror disk.
  • This timing can e.g. can be controlled via the pulse function (switch-on and switch-off time) of the laser and / or of a stepping motor which serves as a drive for the brewing movement of the polygene mirror disc.
  • the disc is arranged parallel to the plane of the web to be processed.
  • the edge region is always in the region of the laser beam in the case of a laser beam which is also parallel to the path plane and can deflect the latter onto the path without further precautions which hold the edge region in the laser beam. Due to the non-circular shape of the disc, the laser beam is directed over the path and creates the cut.
  • the mirrors provided on the edge of the pane essentially have a 45 ° inclination to the plane of the pane. In another embodiment it is provided that the mirrors are arranged at substantially different angles on the edge of the pane.
  • the mirrors are preferably flat. This has the advantage that the focused laser beam is not scattered, so that the energy of the laser beam can be used selectively, that is, selectively.
  • the flat design of the mirror surfaces creates clear boundaries between the individual mirror surfaces, which appear in the form of a straight sharp edge (facets). If such an edge passes through a pulsed laser beam, it is switched off at the moment of the passage so that no stray radiation occurs, this period of time being so minimal that a continuous cutting line is nevertheless formed on the web.
  • the disk has an eccentric axis of rotation.
  • the distance of the edge region acted upon by the laser beam to the axis of rotation changes with a rotating disk and sweeps over a certain area, so that the laser beam deflected via the mirror arranged on the edge of the disk also covers a certain area depending on the distance of the mirrors from the axis of rotation. If the web now runs underneath this eccentrically mounted disc, the deflected laser beam is moved on the web.
  • the mirrors are arranged to deflect the laser beam perpendicular to the path at the edge of the pane. This has the advantage that the cutting energy of the laser can be used to the maximum, and that a precisely vertical cut is carried out on a web of greater thickness.
  • a low bearing load for the bearings of the disk is achieved in that the disk is provided with balancing elements.
  • the disc is balanced both statically and dynamically by means of the elements, so that even at very high speeds there are no vibrations which would adversely affect the optical system.
  • a precise, reproducible cut of the web is achieved in that the rotational speed of the disc is directly proportional to the speed of the web.
  • the web is cut correctly even at a variable web speed, as a result of which the reject is reduced and highly precise controls for keeping the web speed constant can be saved.
  • a sensor recording the speed of the web and a drive coupled to the sensor and controlling the rotary movement of the disk are advantageously provided.
  • the sensor for example inductively detecting the speed of the web, controls the drive which rotates the disk in such a way that the disk always runs synchronously with the web.
  • the drive is advantageously designed as a stepper motor. An incremental controller can be connected upstream of this stepper motor.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment with a swash plate designed as a swashplate;
  • FIG. 2 is a schematic representation of another
  • Embodiment with an eccentrically mounted polygon mirror disk Embodiment with an eccentrically mounted polygon mirror disk
  • FIG. 3 shows a plan view of an eccentrically mounted polygon mirror disk according to FIG. 2 and a plan view of a web section with a cut-out segment that has passed under the disk.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the invention, in which reference numeral 1 denotes a polygon mirror disc, which is designed as a swash plate 2 in this exemplary embodiment.
  • the swash plate 2 is shown in two positions, the position rotated through a 180 ° being shown with a broken line.
  • the swashplate 2 is rotated about an axis of rotation 3, at one end of which the swashplate 2 and at the other end a drive A, which is designed in particular as a stepping motor, are provided.
  • FIG. 1 shows a laser L, the emitted laser beam 4 of which strikes the edge 5 of the swash plate 2 in a focused manner via an optical system OS and is reflected from there in the direction of a path 6.
  • the path 6 is located below the swash plate 2 and passes through the device at a certain path speed V.
  • the reflection of the laser beam 4 at the edge 5 of the swash plate 2 takes place via mirrors 7, which are provided in the form of facets at the edge
  • a laser beam 4 emitted by the laser L passes through the optical system OS and strikes one of the mirrors 7 provided at the edge 5 of the swash plate 2 and is reflected by the latter onto the web 6.
  • the mirror 7 is at the edge 5 with such an inclination angle ⁇ to the surface 8 of the
  • Lane 6 hits. At the point where the laser beam 4 strikes the web 6, it cuts through the material of the web
  • Swashplate 2 is rotated about axis 3 via drive A, the inclination of swashplate 2 changing.
  • the laser beam 4 is switched off at the moment in which one mirror 7 is turned out of the laser beam 4 and the next one is screwed in.
  • the inclination position is determined by the inclination angle ⁇ of the swash plate with respect to the axis of rotation 3.
  • the inclination positions of the swash plate 2 shown in FIG. 1 represent the
  • the laser beam 4 is deflected via the mirrors 7 then located at the lower end in such a way that the point of impact on the path 6 also moves to the right.
  • the extreme position of the laser beam 4 is deflected via the mirrors 7 then located at the lower end in such a way that the point of impact on the path 6 also moves to the right.
  • the deflected laser beam 4 is in an inclined position in which it is deflected most to the right is.
  • the mirror 7 'acted upon by the laser beam 4 in this inclination position of the swash plate 2 has an inclination angle ⁇ ', which is designed such that the laser beam 4 in turn strikes the web 6 vertically, thus the inclination of the disc 2 becomes the axis via the inclination angle ⁇ 3 corrected with the angle ⁇ such that the laser beam 4 is always deflected perpendicular to the web 6.
  • a sensor S is provided on the web 6, which detects the speed V of the web 6.
  • a signal representing the web speed V is passed to a controller R which drives the drive A for the swash plate 2.
  • the controller R controls the laser L, whereby the pulse frequency and possibly the strength of the laser beam 4 are adapted to the path speed V and to the position of the swash plate 2.
  • FIG. 2 A further exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 2, in which the laser L, the optical system OS and the path 6 passing under the polygon mirror disk 1 correspond to FIG.
  • the polygon mirror disc 1 is designed as an eccentric disc 9, which has the mirror 7 at its edge 5.
  • the angle of inclination ⁇ of the mirrors 7 corresponds to the angle of inclination ⁇ of the edge 5 and has a value of 45 °.
  • the horizontally arriving laser beam 4 is deflected such that it strikes the web 6 perpendicularly.
  • a movement of the laser beam 4 within the area 10 on the path 6 is achieved in that the disk 9 is attached eccentrically to the axis 3, so that the edge area acted upon by the laser beam 4 moves back and forth within the area 10. It can also be seen in FIG. 2 that the eccentric disc 9 is provided with a balancing element 11.
  • the shape of the disk 9 can be seen, with which a section 12 can be cut out of the web 6, as is shown schematically in the web section shown in FIG. 3. If the laser beam 4 strikes the eccentric disc 9 at point B, it is reflected on the path 6 at a point denoted by B '.
  • the web 6 runs at the web speed V under the eccentric disc 9, which rotates at the rotational speed U around the axis
  • the laser beam 4 strikes the point labeled C at the edge 5 of the eccentric disc 9, is reflected there and finally hits a point on the path 6 which corresponds to the point C.
  • the laser beam 4 reaches the point D and finally the point E.
  • the laser beam 4 is deflected such that it strikes the web 6 at the points D "and E '. It passes through the area 13 between the positions C and D ', which deviates from the straight course between the positions B' and C. This area 13 therefore deviates from the straight course, since the radius 14 of the disk 9 at point C changes to the radius 15 at point D. This change in radius of the eccentric disc 9 makes the point of incidence of the laser beam
  • FIG. 3 shows a simple course of the cutting line of the laser beam 4 on the web 6.
  • the eccentric disc 9 which controls the drive A for the polygon mirror disk 1.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Bearbeiten einer endlosen Bahn mit wenigstens einem einen fokussierten Laserstrahl aussendenden Laser, mit einem optischen System, und einem um eine Achse drehbaren, den Laserstrahl ablenkenden, als Scheibe ausgebildeten Polygonspiegel, dessen Rand die Spiegel aufweist, wird eine einfache Änderung des Schnittverlaufs auf der Bahn (6) des Laserstrahls dadurch erreicht, dass der Laserstrahl auf die Bahn abgelenkt wird, dass die Achsen der Spiegel im wesentlichen einen von 90° verschiedenen Winkel zur Drehachse aufweisen, und dass die Drehachse ortsfest ist.

Description

Vorrichtung zum Bearbeiten einer endlosen Bahn
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer endlosen Bahn mit wenigstens einem einen fokussierten Laserstrahl aussendenden Laser mit einem optischen System, einem um eine Achse drehbaren, den Laserstrahl auf die Bahn ablenkenden, als Scheibe ausgebildeten Polygonspiegel, dessen Rand die Spiegel aufweist.
Mit der DE 26 58 682 C2 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der der Laserstrahl über eine sich drehende Scheibe, die an ihrem Rand acettenartig angeordnete Spiegel aufweist, abgelenkt wird. Der abgelenkte Laserstrahl trifft auf einen Hohlspiegel und wird von diesem über einen weiteren Spiegel in Richtung der zu bearbeitenden Bahn gelenkt. Um den Laserstrahl nun auf der Bahn verfahren zu können, ist der Polygonspiegel um eine weitere, rechtwinklig zur Drehachse liegenden Achse hin- und herbeweglich. Durch diese Hin- und Herbewegung kann der Laserstrahl beliebig auf der Oberfläche der Bahn verfahren werden. Diese Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß einerseits ein aufwendiges optisches System mit Spiegeln zur Um- und Ablenkung des Laserstrahls notwendig ist, außerdem kann der Polygonspiegel aufgrund seiner Trägheit nur bis zu einer bestimmten Frequenz hin- und herbewegt werden, da ansonsten zu hohe Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte auf ihn einwirken, was zu einer allmählichen Beschädigung des Polygonspiegels aufgrund der hohen Lagerbelastungen führen würde. Aufgrund der Begrenzung der Frequenz kann der Laserstrahl auf der endlosen Bahn Richtungsänderungen nur innerhalb einer bestimmten Zeit, die abhängig ist von der Frequenz der Drehrichtungsänderung des Spiegels, durchführen. Soll nun mit dieser Vorrichtung die Materialbahn geschnitten werden, so sind nur eine begrenzte Anzahl von Schneidformen möglich.
Mit der EP 0 329 438 AI ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Laserstrahl über eine Mehrzahl von einzelnen Spiegeln abgelenkt wird. Diese Spiegel sind wendeiförmig auf einer sich drehenden Trommel angebracht. Bei einer anderen Vorrichtung ist eine Taumelscheibe vorgesehen, auf deren spiegelnden Oberfläche ein Laserstrahl reflektiert wird, wodurch dieser in bestimmte Richtungen abgelenkt wird. Die Richtungen sind jedoch durch den Anstellwinkel der Taumelscheibe bestimmt. Diese Vorrichtungen sind daher in ihren Anwendungsmöglichkeiten sehr begrenzt. Ferner ist mit der DE 29 22 976 C2 und der DE 29 37 914 C2 jeweils eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Laserstrahl mittels einer Doppelscheibe, die schräg zum Laserstrahl angestellt ist, abgelenkt wird. Dabei ist der Rand einer Doppelscheibe schräg angeschliffen, wodurch der Reflexionswinkel des Laserstrahls verändert wird. Diese Vorrichtung dient in erster Linie dazu, den Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufzuspalten, die unterschiedliche Winkel zueinander aufweisen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mit einfachen Mitteln der Laserstrahl mit hoher Frequenz auf der zu bearbeitenden Bahn verfahren werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels der Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Laserstrahl auf die Bahn abgelenkt wird, daß die Achsen der Spiegel im wesentlichen einen von 90° verschiedenen Winkel zur Drehachse aufweisen, und daß die Drehachse ortsfest ist. Bevorzugt weist die Spiegelfläche einen von 90° abweichenden Winkel zur Ebene der Scheibe auf.
Vorteilhaft sind durch die Ablenkung des Laserstrahls auf die Bahn keine oder nur wenige optische Elemente, wie weitere Spiegel, Linsen und dergleichen im Anschluß an die Scheibe notwendig. Hieraus resultiert ein sehr einfacher Aufbau der Vorrichtung. Dadurch, daß die Achsen der Spiegel im wesentlichen einen von 90° verschiedenen Winkel zur Drehachse aufweisen, kann der Laserstrahl ohne eine Verschwenkung der Scheibe in Abhängigkeit von der Stellung der Spiegel auf der Bahn verfahren werden. Demnach ist entsprechend der Spiegelstellung der Verlauf des Laserstrahls auf der Bahn vorbestimmt. Da eine endlose Bahn mit stets gleichbleibendem Schnittverlauf bearbeitet wird, sind durch die starre Festlegung der einzelnen, den Laserstrahl ablenkenden Spiegeln sehr genaue, identische Schnittverläufe bei langen Standzeiten ohne NachJustierung erzielbar. Ein Wechsel der Scheibe ist nur dann erforderlich, wenn der Verlauf des Laserstrahls auf der Bahn verändert werden soll, das heißt wenn die Bahn einen anderen Schnittverlauf aufweisen soll. Durch die ortsfeste Drehachse ist eine einfache Lagerung der Scheibe und außerdem eine hohe Ablenkgenauigkeit des Laserstrahls gewährleistet. Fernber ist die Lagerbelastung aufgrund der kontinuierlichen Bewegung der Polygonspiegelscheibe gering und sind hohe Ablenkgeschwindigkeiten für den Laserstrahl erzielbar. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ebene der
Scheibe geneigt zur Drehachse angeordnet. Diese nunmehr als
Taumelscheibe ausgebildete Scheibe weist den Vorteil auf, daß durch die Taumelbewegung der Laserstrahl, der über die am Rand der Scheibe vorgesehenen Spiegel abgelenkt wird, durch diese Ablenkung auf der Bahn verfahren werden kann.
Bevorzugt weist die Scheibe eine von der Kreisform abweichende Form auf. Durch diese Maßnahme kann zum Beispiel bei der Taumelscheibe der Randbereich bei der Dreh- bzw. der Taumelbewegung der Scheibe stets so in den Laserstrahl gehalten werden, daß dieser über die am Rand vorgesehenen Spiegel abgelenkt werden kann. Bevorzugt wird hierbei der Laserstrahl entsprechend der Anzahl der Spiegelflächen, deren Größe, der Bahngeschwindigkeit und der Rotationsgeschwindigkeit der Polygenspiegelscheibe getaktet. Diese Taktung kann z.B. über die Impulsfunktion (Ein- und Ausschaltzeit) des Lasers und/oder eines als Antrieb für die Brehbewegung der Polygenspiegelscheibe dienenden Schrittmotors gesteuert werden.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Scheibe parallel zur Ebene der zu bearbeitenden Bahn angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform befindet sich der Randbereich bei einem ebenfalls zur Bahnebene parallelen Laserstrahl stets im Bereich des Laserstrahls und kann diesen ohne weitere, den Randbereich im Laserstrahl haltenden Vorkehrungen auf die Bahn ablenken. Durch eine unrunde Form der Scheibe wird der Laserstrahl über die Bahn gelenkt und erzeugt den Schnittverlauf. Für eine lotrechte Ablenkung des Laserstrahls weisen die am Rand der Scheibe vorgesehenen Spiegel im wesentlichen eine 45°-Neigung zur Scheibenebene auf. Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Spiegel mit im wesentlichen von einander verschiedenen Winkeln am Rand der Scheibe angeordnet sind. Hierdurch wird zusätzlich die Möglichkeit geschaffen, daß durch die Anstellung der Winkel der Laserstrahl über die Bahn gelenkt wird, das heißt, daß über die Anstellung der Winkel der Schnittverlauf bestimmt wird. Durch eine Kombination der unrunden Form der Scheibe und/oder der Anstellung der Spiegel und/oder der Neigungslage der Scheibe bei einer Taumelscheibe kann eine hohe Vielfalt an Schnittverläufen erzielt werden.
Bevorzugt sind die Spiegel eben ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß der fokussierte Laserstrahl nicht gestreut wird, so daß die Energie des Laserstrahls gezielt, das heißt punktuell eingesetzt werden kann. Durch die ebene Ausbildung der Spiegelflächen entstehen klare Abgrenzungen der einzelnen Spiegelflächen zueinander, die in Form einer geraden scharfen Kante (Facetten) auftreten. Durchläuft eine solche Kante einen getakteten Laserstrahl, so ist dieser im Augenblick des Durchlaufes abgeschaltet, so daß keine Streustrahlungen entstehen, wobei dieser Zeitabschnitt so minimal ist, daß trotzdem eine durchgehende Schnittlinie auf der Bahn entsteht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Scheibe eine exzentrische Drehachse aufweist. Bei dieser Ausgestaltung ändert sich bei rotierender Scheibe der Abstand des von Laserstrahl beaufschlagten Randbereiches zur Drehachse und überstreicht eine gewisse Fläche, so daß der über die am Rand der Scheibe angeordneten Spiegel abgelenkte Laserstrahl abhängig vom Abstand der Spiegel zur Drehachse ebenfalls eine bestimmte Fläche überstreicht. Läuft nun die Bahn unterhalb dieser exzentrisch gelagerten Scheibe hindurch, so wird der abgelenkte Laserstrahl auf der Bahn verfahren. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Spiegel den Laserstrahl lotrecht auf die Bahn ablenkend am Rand der Scheibe angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß die Schneidenergie des Lasers maximal ausgenutzt werden kann, und daß bei einer Bahn mit größerer Dicke ein exakt vertikaler Schnitt durchgeführt wird.
Eine geringe Lagerbelastung für die Lager der Scheibe wird dadurch erreicht, daß die Scheibe mit Auswuchtelementen versehen ist. Die Scheibe ist mittels der Elemente sowohl statisch als auch dynamisch ausgewuchtet, so daß auch bei sehr hohen Drehzahlen keine Vibrationen, die das optische System nachteilig beeinflussen würden, eintreten.
Ein genauer, reproduzierbarer Schnitt der Bahn wird dadurch erreicht, daß die Drehgeschwindigkeit der Scheibe direkt proportional zur Geschwindigkeit der Bahn ist. Durch diese Maßnahme wird die Bahn auch bei variabler Bahngeschwindigkeit korrekt geschnitten, wodurch der Ausschuß reduziert wird und hochgenaue Steuerungen zur Konstanthaltung der Bahngeschwindigkeit eingespart werden können.
Vorteilhaft sind ein die Geschwindigkeit der Bahn aufnehmender Sensor und ein mit dem Sensor gekoppelter und die Drehbewegung der Scheibe steuernder Antrieb vorgesehen. Der Sensor, der zum Beispiel induktiv die Geschwindigkeit der Bahn erfaßt, steuert den die Scheibe in Drehung versetzenden Antrieb derart, daß die Scheibe stets synchron mit der Bahn läuft. Vorteilhaft ist der Antrieb als Schrittmotor ausgebildet. Diesem Schrittmotor kann ein Inkrementalregler vorgeschaltet sein.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform mit einer als Taumelscheibe ausgebildeten Polygonspiegelscheibe;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform mit einer exzentrisch gelagerten Polygonspiegelscheibe; und
Figur 3 eine Draufsicht auf eine exzentrisch gelagerte Polygonspiegelscheibe gemäß Figur 2 und eine Draufsicht auf einen unter der Scheibe hindurchgelaufenen Bahnabschnitt mit einem ausgeschnittenen Segment.
Die Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der mit dem Bezugszeichen 1 eine Polygonspiegelscheibe bezeichnet ist, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Taumelscheibe 2 ausgeführt ist. Die Taumelscheibe 2 ist in zwei Stellungen wiedergegeben, wobei die um eine 180° gedrehte Stellung mit gestrichelter Linie wiedergegeben ist. Die Drehung der Taumelscheibe 2 erfolgt um eine Drehachse 3, an dessen einem Ende die Taumelscheibe 2 und am anderen Ende ein Antrieb A, der insbesondere als Schrittmotor ausgebildet ist, vorgesehen sind. Ferner ist in der Figur 1 ein Laser L wiedergegeben, dessen emittierter Laserstrahl 4 über ein optisches System OS fokussiert auf den Rand 5 der Taumelscheibe 2 auftrifft und von dort in Richtung einer Bahn 6 reflektiert wird. Die Bahn 6 befindet sich unterhalb der Taumelscheibe 2 und durchläuft die Vorrichtung mit einer bestimmten Bahngeschwindigkeit V. Die Reflexion des Laserstrahls 4 am Rand 5 der Taumelscheibe 2 erfolgt über Spiegel 7, die facettenartig am Rand 5 vorgesehen sind.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieser Vorrichtung beschrieben. Ein vom Laser L emittierter Laserstrahl 4 durchläuft das optische System OS und trifft auf einen der am Rand 5 der Taumelscheibe 2 vorgesehenen Spiegel 7 und wird von diesem auf die Bahn 6 reflektiert. Der Spiegel 7 ist am Rand 5 mit einem derartigen Neigungswinkel ß zur Oberfläche 8 der
Scheibe 2 angeordnet, daß der Laserstrahl 4 lotrecht auf der
Bahn 6 auftrifft. An dem Punkt, an dem der Laserstrahl 4 auf der Bahn 6 auftrifft, durchschneidet er das Material der Bahn
6. Da nun die Bahn 6 mit einer bestimmten Geschwindigkeit V unter der Taumelscheibe 2 hindurchläuft, wird die Bahn 6 entlang einer bestimmten Linie eingeschnitten. Gleichzeitig wird die
Taumelscheibe 2 über den Antrieb A um die Achse 3 gedreht, wobei sich die Neigungslage der Taumelscheibe 2 ändert. Bei einem getakteten Laser ist der Laserstrahl 4 in dem Augenblick ausgeschaltet, in dem der eine Spiegel 7 aus dem Laserstrahl 4 herausgedreht und der nächstfolgende hineingedreht wird.
Hierdurch werden bevorzugt Streustrahlungen des Laserstrahls 4 beim Übergang vom einen zum nächsten Spiegel 7 vermieden. Die
Neigungslage wird durch den Neigungswinkel α der Taumelscheibe gegenüber der Drehachse 3 bestimmt. Die in der Figur 1 wiedergegebenen Neigungslagen der Taumelscheibe 2 stellen die
Extremlagen dar. Da sich die Neigungslage der Taumelscheibe 2 beim Umlauf um die Achse 3 ändert, das heißt das jeweils untere
Ende der Scheibe 2 in der Figur 1 nach rechts wandert, wird der Laserstrahl 4 über die dann jeweils am unteren Ende sich befindenden Spiegel 7 so abgelenkt, daß der Auftreffpunkt auf der Bahn 6 ebenfalls nach rechts wandert. In der mit gestrichelter Linie wiedergegebenen extremen Lage der
Taumelscheibe 2 befindet sich der abgelenkte Laserstrahl 4 in einer Neigungslage, in der er am weitesten nach rechts abgelenkt ist. Der in dieser Neigungslage der Taumelscheibe 2 vom Laserstrahl 4 beaufschlagte Spiegel 7' besitzt einen Neigungswinkel ß', der so ausgelegt ist, daß der Laserstrahl 4 wiederum lotrecht auf der Bahn 6 auftrifft, über den Neigungswinkel ß wird somit die Neigung der Scheibe 2 zur Achse 3 mit dem Winkel α derart korrigiert, daß der Laserstrahl 4 stets lotrecht auf die Bahn 6 abgelenkt wird.
An der Bahn 6 ist ein Sensor S vorgesehen, der die Geschwindigkeit V der Bahn 6 erfaßt. Ein die Bahngeschwindigkeit V repräsentierendes Signal wird an einen Regler R geleitet, der den Antrieb A für die Taumelscheibe 2 ansteuert. Außerdem steuert der Regler R den Laser L an, wodurch die Pulsfrequenz und gegebenenfalls die Stärke des Laserstrahls 4 an die Bahngeschwindigkeit V und an die Stellung der Taumelscheibe 2 angepaßt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur 2 wiedergegeben, bei der der Laser L, das optische System OS und die unter der Polygonspiegelscheibe 1 hindurchlaufende Bahn 6 der Figur 1 entsprechen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Polygonspiegelscheibe 1 als Exzenterscheibe 9 ausgeführt, die an ihrem Rand 5 die Spiegel 7 aufweist. Der Neigungswinkel ß der Spiegel 7 entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel dem Neigungswinkel ß des Randes 5 und weist einen Wert von 45° auf. Hierdurch wird der waagrecht ankommende Laserstrahl 4 derart abgelenkt, daß er lotrecht auf der Bahn 6 auftrifft. Ein Verfahren des Laserstrahls 4 innerhalb des Bereichs 10 auf der Bahn 6 wird dadurch erreicht, daß die Scheibe 9 exzentrisch an der Achse 3 befestigt ist, so daß der vom Laserstrahl 4 beaufschlagte Randbereich innerhalb des Bereichs 10 hin und her wandert. Ferner ist in der Figur 2 erkennbar, daß die Exzenterscheibe 9 mit einem Auswuchtelement 11 versehen ist. Bei der in der Figur 3 wiedergegebenen Draufsicht auf die Exzenterscheibe 9 ist die Form der Scheibe 9 erkennbar, mit der ein Ausschnitt 12 aus der Bahn 6 herausgeschnitten werden kann, wie er in dem in der Figur 3 wiedergegebenen Bahnabschnitt schematisch gezeigt ist. Trifft der Laserstrahl 4 auf die Exzenterscheibe 9 im Punkt B auf, so wird er auf die Bahn 6 auf einen mit B' bezeichneten Punkt reflektiert. Die Bahn 6 läuft mit der Bahngeschwindigkeit V unter der Exzenterscheibe 9 hindurch, die sich mit der Drehgeschwindigkeit U um die Achse
3 dreht. Währen dieses Verlaufes trifft der Laserstrahl 4 auf die mit C bezeichnete Stelle am Rand 5 der Exzenterscheibe 9, wird dort reflektiert und trifft schließlich auf einen Punkt auf der Bahn 6, der der Stelle C entspricht. Im weiteren Verlauf erreicht der Laserstrahl 4 die Stelle D und schließlich die Stelle E. An den Stellen D und E wird der Laserstrahl 4 derart abgelenkt, daß er an den Stellen D" und E' auf die Bahn 6 auftrifft. Dabei durchläuft er den Bereich 13 zwischen den Stellen C und D' , der vom geraden Verlauf zwischen den Stellen B' und C abweicht. Dieser Bereich 13 weicht deshalb vom geraden Verlauf ab, da sich der Radius 14 der Scheibe 9 am Punkt C auf den Radius 15 am Punkt D verringert. Durch diese Radiusänderung der Exzenterscheibe 9 wird der Auftreffpunkt des Laserstrahls
4 in die Bahn 6 hineinverschwenkt. Die Figur 3 zeigt einen einfachen Verlauf der Schnittlinie des Laserstrahls 4 auf der Bahn 6. Es sind jedoch bei entsprechenden Gestaltung der Exzenterscheibe 9 eine Vielzahl anderer Verläufe denkbar. Der mit dem Durchlauf der Bahn 6 synchrone Umlauf der Scheibe 9 wird über den Sensor S und den Regler R, der den Antrieb A für die Polygonspiegelscheibe 1 ansteuert, gewährleistet.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Bearbeiten einer endlosen Bahn mit wenigstens einem einen fokussierten Laserstrahl aussendenden Laser mit einem optischen System, und einem um eine Achse drehbaren, den Laserstrahl ablenkenden, als Scheibe ausgebildeten Polygonspiegel, dessen Rand die Spiegel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (4) auf die Bahn (6) abgelenkt wird, daß die Achsen der Spiegel (7) im wesentlichen einen von 90° verschiedenen Winkel zur Drehachse (3) aufweisen und daß die Drehachse (3) ortsfest gelagert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Scheibe (2) zur Achse (3) geneigt angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) eine von der Kreisform abweichende Form aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (9) parallel zur Bahnebene angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (7) mit im wesentlichen voneinander verschiedenen Winkeln am Rand (5) der Scheibe (1) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (7) eben sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungslage der vom Laserstrahl (4) beaufschlagten Spiegel (7) bezüglich des Laserstrahls(7) konstant ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (9) eine exzentrische Drehachse (3) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) mit wenigstens einem Auswuchtelement (11) versehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (7) den Laserstrahl (4) lotrecht auf die Bahn (6) ablenkend, am Rand (5) der Scheibe (1) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit (U) der Scheibe (1) direkt proportional zur Geschwindigkeit (V) der Bahn (6) ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Geschwindigkeit (V) der Bahn (6) aufnehmender Sensor (S) und ein mit dem Sensor (S) gekoppelter und die Drehgeschwindigkeit (U) der Scheibe (1) steuernder Regler (R) für einen Antrieb (A) vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (A) ein Schrittmotor ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (L) in Abhängigkeit der Geschwindigkeit (V) und der Lage der Bahn (6) bzw. der Drehgeschwindigkeit (U) der Scheibe (1) angesteuert ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (4) gepulst ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Neigungswinkel (α) der Scheibe (2) zur Drehachse (3) der vom Laserstrahl (4) zu überstreichende Bereich (C) der Bahn (6) einstellbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch die von der Kreisform abweichende Form der Scheibe (9) der vom Laserstrahl (4) zu überstreichende Bereich (10) der Bahn (6) einstellbar ist.
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