WO2007006444A1 - Laserscanner ii - Google Patents

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WO2007006444A1
WO2007006444A1 PCT/EP2006/006436 EP2006006436W WO2007006444A1 WO 2007006444 A1 WO2007006444 A1 WO 2007006444A1 EP 2006006436 W EP2006006436 W EP 2006006436W WO 2007006444 A1 WO2007006444 A1 WO 2007006444A1
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WO
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laser scanner
laser
focal point
scanner
mirror
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PCT/EP2006/006436
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Inventor
Albrecht Kienemund
Original Assignee
Keysystech Gmbh
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    • G02B7/08—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism

Definitions

  • the present invention relates to a scanner for remote laser welding with the features of the preamble of claim 1.
  • a generic scanner is known from the journal Photonics 3/2005, page 2-4.
  • This magazine describes a laser scanner in which the laser beam coupled via an optical fiber is widened and guided over a fixed deflecting mirror. This is followed by a movable lens optics, which focuses the laser beam.
  • the laser beam is deflected by a tiltable mirror on two axes to a workpiece up to 800 mm away.
  • the deflection of the laser beam in the XY direction is effected solely by the pivoting of the mirror arranged behind the imaging optics, while the delivery of the focal point in the Z direction, that is perpendicular to the pivot plane, by a method of immediate arranged in front of the pivotable mirror lens optics takes place.
  • variable imaging optics is relatively heavy immediately before the scanner mirror due to the large required aperture and that the drive for delivery in the Z direction is therefore exposed to considerable stress. Further, it is associated with a considerable design effort to execute this optics as Variooptik with the required precision.
  • Figure 1 the basic optical structure of the laser scanner from the output of the optical waveguide to the workpiece
  • Figure 2 the structure of the optical system similar to Figure 1 with a deflection of the beam path for a more compact arrangement; such as
  • Figure 3 a laser scanner with an optical system according to Figure 2 in a plan view.
  • FIG. 1 shows the basic optical design of a laser scanner according to the invention.
  • the light source is not shown in FIG. It is usually a laser with a power of a few kilowatts in the near infrared range.
  • This laser is coupled to various payloads via a multiplexer. In practice, for example, six lasers are assigned to each laser via the multiplexer. These are fed via an optical waveguide 1, which allows the mobility of the baysgerats independent of the stationary laser.
  • a laser beam 2 emerges in a diverge state.
  • the envelope of the laser beam is illustrated with dashed lines, while the optical axis is shown in Figure 1 with a dashed line.
  • the divergent laser beam 2 enters a converging lens 3, which makes the laser beam 2 slightly convergent in the sequence.
  • the slightly convergent laser beam is then directed to a concave lens 4 which causes the laser beam to divergent becomes.
  • the laser beam is then directed to a two-lens Abbil ⁇ dung optics 5, which has a large numerical aperture and a focal length of several hundred millimeters.
  • the imaging optics 5 focus the laser beam in a focus point 6, which after a deflection by about 90 ° by a
  • Scanner mirror 7 is reached.
  • the focal point 6 lies in egg ⁇ nem working distance from the scanner mirror 7. It is aligned when using the device shown for laser welding to a workpiece 8.
  • the pivoting of the scanner mirror 7 moves the focal point 6 along a curved surface. Just for the movement of the focus point 6 on the flat workpiece 8 compensation in the Z direction is therefore required.
  • the delivery of the focal point 6 in the Z direction is effected in the optical construction illustrated in FIG. 1 by a movement of the concave lens 4 in the direction of the optical axis.
  • the concave lens 4 is moved in the direction of the designated by the reference numeral 10 double arrow, including the concave lens 4 is associated with a linear drive.
  • the operation of this process can be understood easier if the beam path between the concave lens 4 and the imaging optics 5 is traced back to a virtual object point 11. This is illustrated by two dotted lines which show the envelope of the laser beam from the image optics 5 extended by the Konkavlmse 4 backwards to the virtual object point 11.
  • the concave axis 4 is moved along the double arrow 10 relative to the imaging optics 5, the distance of the virtual object point 11 from the imaging system 5 also changes.
  • the object point 11 moves in the direction of the double arrow 12 on the optical axis of the system.
  • a movement of the object point 11 corresponds to the imaging optics 5 of a proportional movement of the focus point 6 in the direction of the double arrow 9.
  • the feed in the Z direction (double arrow 9) can be used in order to reach any point of the resulting processing space within the scope of the movement possibilities.
  • FIG. 2 shows an optical system equivalent to that in FIG. Same components bear the same reference numbers.
  • a deflection mirror 15 is provided, which deflects the beam path between the concave lens 4 and the imaging optics 5 once by 90 °.
  • the elongate arrangement of FIG. 1 becomes more compact, so that it can be installed in a housing which is easier to attach to a robot arm and to be moved by this robot arm.
  • FIG. 3 shows the mechanical structure of a scanner according to the invention with the optical system according to FIG. 2 in a plan view.
  • the optical waveguide is mechanically connected to the scanner in a connection 20.
  • an optical bench 21 is provided which consists essentially of a guide arranged transversely to the optical axis of the laser beam.
  • additional components can be used, which can be used for additional functions.
  • the concave lens 4 is then mounted on the carriage of a linear motor 22, which can be actuated via an interface for displacing the concave lens 4 in the direction of the optical axis.
  • the mirror 15 deflects the optical axis at right angles and reflects the divergent laser beam on the imaging unit 5, which then turn the focused laser beam on the scanner mirror 7 and thus the figure 3 down through an exit window 23 on a workpiece.
  • the mirror 7 is suspended in a conventional manner in a ball joint 24 and is driven by two linear motors 25 and 26 for pivoting.
  • the said components are mounted on a base plate 27, which can be attached on the one hand to the arm of a robot and on the other hand serves to attach a hood which surrounds the illustrated optical and mechanical components to the outside and thus protects against external influences.
  • the device (called Teach-in) is made by the focus point 6 of the laser beam is brought by manual control on the workpiece 8 in the desired position, for example, to generate a welding point.
  • Teach-in On the linear motors 25 and 26 of the mirror 7, the position can be tapped in the XY direction.
  • a distance measuring system 30, 31 is used in the optical bench 21, which on the one hand can accurately determine the distance over a transit time measurement.
  • this distance measuring system reflects a laser beam with a wavelength in the visible range in the optical axis of the laser scanner, so that for the position determination during teach-in not invisible to the human eye infrared laser beam of the laser used in the production application is used, but a visible laser low-power beam, by means of which the position of the Fo ⁇ kushous on the workpiece can be seen and assessed directly by the operator.
  • the wavelength of the laser beam used is not essential.
  • the position in the Z direction is determined by the total focal length of the optical system consisting of the lenses 3, 4 and 5. This total focal length is dependent on the wavelength of the laser beam used in refractive systems such as the present lens system.
  • the setting determined with visible light in the optimal position of the focal point in the Z direction in a computer unit is converted into a setting which later brings the focus point of the infrared laser in the same place during operation.
  • a different setting of the linear motor 22 will be required.
  • the target setting of the working distance is determined via the distance measuring system 30, 31 used in the optical bench 21 during teach-in.
  • a partially transmissive mirror can be inserted into the optical bench 21, which intersects the beam path at 45 °.
  • This mirror can be arranged wavelength-dependent so that the infrared light of the power laser in the direction of the optical axis is transmitted almost 100%, while light in the visible wavelength range is completely or partially deflected.
  • This mirror is used in operation to guide light traveling backwards along the optical axis from the focal point 6 to a sensor. Such light is produced during the welding process by heating the workpiece 8 in the region of the focal point 6. The workpiece is strongly heated so that thermal radiation occurs in the visible wavelength range.
  • This radiation can be mirrored onto the sensor via the optical system counter to the propagation direction of the power laser and via the partially transmissive mirror additionally inserted into the optical bench 21.
  • the sensor which may be a spatially resolving CCD camera or a photodiode, can then be used to evaluate the effect achieved in the focal point 6 on the workpiece, So the temperature and size of the resulting welding spot can be used.
  • the advantage of the inventive design of the optical system, in which a linear motor, the concave lens 4 between the converging lens 3 and the imaging system 5 proceed to adjust the working distance of the focal point 6, consists in the lower moving mass of the concave lens 4.
  • the concave lens 4 is used at a location of the beam path at which the cross section of the laser beam is relatively low.
  • the lens diameter can be kept small, while in the prior art, the adjustment of the working distance by shifts in the imaging system with large numerical aperture and correspondingly heavy lenses.
  • the delivery of the focal point 6 in the Z direction can be done faster and more precisely and in particular with a smaller linear motor 22.
  • the imaging unit 5 can also be made simpler, since there are no longer any moving parts required.
  • the transmission ratio between the travel on the linear motor 22 of the concave lens 4 in relation to the displacement of the focal point 6 in the Z direction is about 1:20 for a movement of the focal point in the Z direction by 100 mm, therefore, a movement of the concave lens 4 by 5 mm , The delivery in the Z direction is accordingly fast.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laserscanner für Remote-Schweißverfahren, mit einem Lichtwellenleiter (1) , einer ersten Konvexlinse (3) , einer Konkavlinse (4), einer Abbildungseinheit (5) und einem Scannerspiegel (7) , wobei der Scannerspiegel (7) zur Verlagerung eines Fokuspunktes (6) in zwei Richtungen ansteuerbar ist und wobei eine Vorrichtung zur Variation des Abstandes zwischen dem Scannerspiegel (7) und dem Fokuspunkt (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Variation des Abstandes einen mit der Konkavlinse (4) antriebsmaßig verbundenen Aktuator (22) umfasst.

Description

LASERSCANNER II
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scanner zum Remote- Schweißen mit Lasern mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein gattungsgemaßer Scanner ist aus der Zeitschrift Photonik 3/2005, Seite 2-4, bekannt. In dieser Zeitschrift wird ein Laserscanner beschrieben, bei dem der über eine Lichtleitfaser angekoppelte Laserstrahl aufgeweitet und über einen festen Umlenkspiegel gefuhrt wird. Daran schließt eine bewegliche Linsenoptik an, die den Laserstrahl fokussiert. Der Laserstrahl wird über einen um zwei Achsen kippbaren Spiegel auf ein bis zu 800 mm entferntes Werkstuck gelenkt. Die Ablenkung des La- serstrahls in X-Y-Richtung wird allein durch das Verschwenken des hinter der Abbildungsoptik angeordneten Spiegels bewirkt, wahrend die Zustellung des Fokuspunktes in der Z-Richtung, also senkrecht zur Schwenkebene, durch ein Verfahren der unmit- telbar vor dem verschwenkbaren Spiegel angeordneten Linsenoptik erfolgt.
Vorteilhaft bei dem bekannten Laserscanner sind der große maximale Arbeitsabstand und große Zustellgeschwindigkeiten des Fokuspunktes. In der Praxis zeigt sich aber, dass die variable Abbildungsoptik unmittelbar vor dem Scannerspiegel aufgrund der großen erforderlichen Apertur relativ schwer ist und dass der Antrieb für die Zustellung in Z-Richtung deshalb einer erheblichen Belastung ausgesetzt ist. Weiter ist es mit einem erheblichen konstruktiven Aufwand verbunden, diese Optik als Variooptik mit der erforderlichen Präzision auszufuhren.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die abbildende Optik des Laserscanners dahingehend zu verbessern, dass eine einfachere Vorrichtung für die Zustellung des Fokuspunk- tes in der Z-Richtung verfugbar ist.
Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost.
Bei den bekannten Laserscannern wird die Steuerung über einen eigenen, dem Laserscanner zugeordneten Rechner vorgenommen. Es ist deshalb bei allen bekannten Laserscannern erforderlich, diesen Rechner unabhängig von der CNC-Steuerung des eigentlichen Bearbeitungsroboters zu programmieren. Dieses Verfahren ist in der Praxis sehr zeitaufwendig, da zwei an sich unabhängige Systeme in unterschiedlichen Programmiervorgangen aufein- ander abgestimmt werden müssen. Es ist deshalb eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Programmierung des Laserscanners in einfacherer Weise vornehmen zu können.
Schließlich ist bei den bekannten Laserscannern die ursprungliche Programmierung der Bearbeitungspunkte oder Bearbeitungs- wege sehr aufwendig. Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das sogenannte "Teach-In" zu vereinfachen. Vorteilhafte weitere Ausfuhrungsformen ergeben sich aus den abhangigen Patentansprüchen in Zusammenhang mit der Beschreibung.
Nachfolgend wird ein Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Er- findung anhand der Zeichnung naher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1: den prinzipiellen optischen Aufbau des Laserscanners vom Ausgang des Lichtwellenleiters bis zum Werkstück;
Figur 2: den Aufbau des optischen Systems ähnlich Figur 1 mit einer Umlenkung des Strahlenganges für eine kompaktere Anordnung; sowie
Figur 3: einen Laserscanner mit einem optischen System gemäß Figur 2 in einer Draufsicht.
Die Figur 1 zeigt den prinzipiellen optischen Aufbau eines er- findungsgemaßen Laserscanners. Die Lichtquelle ist in der Figur 1 nicht dargestellt. Es handelt sich üblicherweise um einen Laser mit einer Leistung von einigen Kilowatt im nahen Infrarotbereich. Dieser Laser wird über einen Multiplexer an verschiedene Nutzstellen angekoppelt. In der Praxis sind jedem Laser über den Multiplexer beispielsweise sechs Bearbeitungs- gerate zugeordnet. Diese werden über einen Lichtwellenleiter 1 gespeist, der die Beweglichkeit des Bearbeitungsgerats unabhängig von dem stationär angeordneten Laser ermöglicht.
Aus dem Lichtwellenleiter 1 tritt ein Laserstrahl 2 in diver- gentem Zustand aus. Die Einhüllende des Laserstrahls ist mit gestrichelten Linien veranschaulicht, wahrend die optische Achse in der Figur 1 mit einer Strichpunktlinie dargestellt ist.
Der divergente Laserstrahl 2 tritt in eine Sammellinse 3 ein, die den Laserstrahl 2 in der Folge leicht konvergent macht. Der leicht konvergente Laserstrahl ist dann auf eine Konkav- linse 4 gerichtet, die bewirkt, dass der Laserstrahl divergent wird. Der Laserstrahl ist dann auf eine zweilinsige Abbil¬ dungsoptik 5 gerichtet, die eine große numerische Apertur und eine Brennweite von einigen hundert Millimetern aufweist. Die Abbildungsoptik 5 fokussieren den Laserstrahl in einen Fokus- punkt 6, der nach einer Umlenkung um etwa 90° durch einen
Scannerspiegel 7 erreicht wird. Der Fokuspunkt 6 liegt in ei¬ nem Arbeitsabstand von dem Scannerspiegel 7. Er ist bei Benutzung der dargestellten Vorrichtung zum Laserschweißen an einen Werkstuck 8 ausgerichtet.
Bei der Bearbeitung eines Werkstucks 8 ist es erforderlich, den Fokuspunkt 6 in drei Raumrichtungen zu bewegen, nämlich einmal parallel zu der Ebene des in Figur 1 dargestellten Werkstucks 8, also in X-Y-Richtung . Diese Bewegung wird in erster Nahrung durch den Scannerspiegel 7 bewirkt, der kada- nisch aufgehängt und um zwei Achsen schwenkbar angetrieben ist. Weiter ist eine Zustellung senkrecht zu der Ebene des Werkstucks 8 in Figur 1 erforderlich, was durch den Doppelpfeil 9 veranschaulicht wird.
Genauer gesagt bewegt die Verschwenkung des Scannerspiegels 7 den Fokuspunkt 6 entlang einer zwerisch gekrümmten Flache. Allein für die Bewegung des Fokuspunktes 6 auf dem ebenen Werkstuck 8 ist deshalb ein Ausgleich in Z-Richtung erforderlich.
Die Zustellung des Fokuspunktes 6 in Z-Richtung wird bei dem in Figur 1 veranschaulichten optischen Aufbau durch eine Bewe- gung der Konkavlinse 4 in Richtung der optischen Achse bewirkt. Die Konkavlinse 4 wird in Richtung des mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten Doppelpfeils verfahren, wozu der Konkavlinse 4 ein Linearantrieb zugeordnet ist. Die Wirkungsweise dieses Vorgangs lasst sich einfacher verstehen, wenn der Strahlengang zwischen der Konkavlinse 4 und der Abbildungsoptik 5 rückwärts zu einem virtuellen Gegenstandspunkt 11 verfolgt wird. Dies ist durch zwei gepunktete Linien veranschaulicht, die die Einhüllende des Laserstrahls von der Abbil- dungsoptik 5 durch die Konkavlmse 4 rückwärts zu dem virtuellen Gegenstandspunkt 11 verlängert.
Wird nun die Konkavlmse 4 entlang des Doppelpfeils 10 relativ zu der Abbildungsoptik 5 verfahren, so ändert sich auch der Abstand des virtuellen Gegenstandspunktes 11 von dem abbildenden System 5. Der Gegenstandspunkt 11 wandert in Richtung des Doppelpfeils 12 auf der optischen Achse des Systems. Eine Bewegung des Gegenstandspunktes 11 entspricht durch die Abbil- dungsgesetze der Abbildungsoptik 5 einer proportionalen Bewe- gung des Fokuspunktes 6 in Richtung des Doppelpfeils 9. Zusammen mit der Ablenkung des Laserstrahls in X-Y-Richtung durch den Scannerspiegel 7 kann also durch die Bewegung der Konkavlmse 4 in Richtung des Doppelpfeils 10 die Zustellung in Z- Richtung (Doppelpfeil 9) benutzt werden, um im Rahmen der Be- wegungsmoglichkeiten jeden beliebigen Punkt des entstehenden Bearbeitungsraumes zu erreichen.
Die Figur 2 zeigt ein optisches System, dass demjenigen in Figur 1 äquivalent ist. Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern. In diesem optischen System ist ein Umlenkspiegel 15 vorgesehen, der den Strahlengang zwischen der Konkavlmse 4 und der Abbildungsoptik 5 einmal um 90° umlenkt. Durch diese Umlenkung wird die langgestreckte Anordnung der Figur 1 kompakter, so dass sie in ein Gehäuse eingebaut werden kann, welches einfacher an einem Roboterarm zu befestigen und durch diesen Roboterarm zu bewegen ist.
Die Figur 3 zeigt den mechanischen Aufbau eines erfmdungsge- maßen Scanners mit dem optischen System gemäß Figur 2 in einer Draufsicht. Der Lichtwellenleiter ist in einem Anschluss 20 mechanisch mit dem Scanner verbunden. Zwischen dem Anschluss 20 und der Sammellinse 3 ist eine optische Bank 21 vorgesehen, die im Wesentlichen aus einer quer zur optischen Achse des Laserstrahls angeordneten Fuhrung besteht. In diese optische Bank sind zusatzliche Bauelemente einsetzbar, die für Zusatzfunktionen genutzt werden können. In Richtung des Laserstrahls folgen dann die bereits erwähnte Sammellinse 3 und die Konkav- linse 4. Die Konkavlinse 4 ist auf dem Schlitten eines Linearmotors 22 montiert, der über ein Interface zur Verschiebung der Konkavlinse 4 in Richtung der optischen Achse ansteuerbar ist. Der Spiegel 15 lenkt die optische Achse im rechten Winkel um und spiegelt den divergenten Laserstrahl auf die Abbildungseinheit 5, die dann wiederum den fokussierten Laserstrahl auf den Scannerspiegel 7 und damit die Figur 3 nach unten durch ein Austrittsfenster 23 auf ein Werkstuck. Der Spiegel 7 lässt in an sich bekannter Weise in einem Kugelgelenk 24 kar- danisch aufgehängt und wird von zwei Linearmotoren 25 und 26 zur Verschwenkung angetrieben. Die genannten Bauelemente sind auf einer Grundplatte 27 montiert, die einerseits an dem Arm eines Roboters befestigt werden kann und die andererseits zur Befestigung einer Haube dient, welche die dargestellten optischen und mechanischen Komponenten nach außen hin umschließt und damit vor äußeren Einwirkungen schützt.
Die optische Bank 21, deren Fuhrung im rechten Winkel zu der optischen Achse des Laserstrahls angeordnet ist, wird bei der Einrichtung des Laserscanners für einen bestimmten Produktionsvorgang benutzt. Die Einrichtung (Teach-In genannt) wird vorgenommen, indem der Fokuspunkt 6 des Laserstrahls durch manuelle Ansteuerung auf dem Werkstuck 8 in die gewünschte Position beispielsweise zur Erzeugung eines Schweißpunktes ge- bracht wird. An den Linearmotoren 25 und 26 des Spiegels 7 kann die Lage in X-Y-Richtung abgegriffen werden. Um die Lage in Z-Richtung, also den Arbeitsabstand des Laserstrahls vom Scanner, genau ermitteln zu können, wird in die optische Bank 21 ein Abstandsmesssystem 30, 31 eingesetzt, das zum einen u- ber eine Laufzeitmessung den Abstand genau ermitteln kann. Zum anderen spiegelt dieses Abstandsmesssystem einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich in die optische Achse des Laserscanners ein, so dass für die Lagebestimmung beim Teach-In nicht der für das menschliche Auge unsichtbare infrarote Laserstrahl des in der Produktionsanwendung benutzten Lasers zum Einsatz kommt, sondern ein sichtbarer Laser- strahl mit geringer Leistung, anhand dessen die Lage des Fo¬ kuspunktes auf dem Werkstuck unmittelbar von der Bedienperson gesehen und beurteilt werden kann. Für die Bestimmung der Lage in X-Y-Richtung ist die Wellenlange des verwendeten Laser- Strahls nicht wesentlich. Die Lage in Z-Richtung wird von der Gesamtbrennweite des optischen Systems bestehend aus den Linsen 3, 4 und 5 bestimmt. Diese Gesamtbrennweite ist bei lichtbrechenden Systemen wie dem vorliegenden Linsensystem von der Wellenlange des verwendeten Laserstrahls abhangig. Es ist des- halb vorgesehen, dass die mit sichtbarem Licht ermittelte Einstellung bei der optimalen Lage des Fokuspunktes in Z-Richtung in einer Rechnereinheit umgerechnet wird in eine Einstellung, die spater im Betrieb den Fokuspunkt des Infrarotlasers an die selbe Stelle bringt. Hierfür wird eine andere Einstellung des Linearmotors 22 erforderlich sein. Die Solleinstellung des Arbeitsabstandes wird über das in die optische Bank 21 eingesetzte Abstandsmesssystem 30, 31 beim Teach-In ermittelt.
Weiter kann in die optische Bank 21 ein teildurchlassiger Spiegel eingesetzt werden, der den Strahlengang unter 45° schneidet. Dieser Spiegel kann wellenlangenabhangig so eingerichtet sein, dass das Infrarotlicht des Leistungslasers in Richtung der optischen Achse nahezu zu 100 % durchgelassen wird, wahrend Licht im sichtbaren Wellenlangenbereich ganz o- der teilweise abgelenkt wird. Genutzt wird dieser Spiegel im Betrieb, um entlang der optischen Achse von dem Fokuspunkt 6 rückwärts laufendes Licht auf einen Sensor zu leiten. Derartiges Licht entsteht beim Schweißvorgang durch die Erhitzung des Werkstucks 8 im Bereich des Fokuspunktes 6. Das Werkstuck wird dabei stark erhitzt, so dass sich thermische Strahlung im sichtbaren Wellenlangenbereich einstellt. Diese Strahlung kann über das optische System entgegen der Ausbreitungsrichtung des Leistungslasers und über den zusatzlich in die optische Bank 21 eingesetzten teildurchlassigen Spiegel auf den Sensor gespiegelt werden. Der Sensor, der eine ortsauflosende CCD- Kamera oder auch eine Fotodiode sein kann, kann dann zur Beurteilung der im Fokuspunkt 6 erzielten Wirkung am Werkstuck, also Temperatur und Größe des dort entstehenden Schweißpunktes genutzt werden.
Der Vorteil durch den erfindungsgemäßen Aufbau des optischen Systems, bei dem ein Linearmotor die Konkavlinse 4 zwischen der Sammellinse 3 und dem Abbildungssystem 5 verfahrt, um den Arbeitsabstand des Fokuspunktes 6 einzustellen, besteht in der geringeren zu bewegenden Masse der Konkavlinse 4. Die Konkavlinse 4 ist an einer Stelle des Strahlengangs eingesetzt, an der der Querschnitt des Laserstrahls relativ gering ist. Da- durch kann der Linsendurchmesser klein gehalten werden, wahrend im Stand der Technik die Einstellung des Arbeitsabstandes durch Verschiebungen im abbildenden System bei großer numerischer Apertur und entsprechend schweren Linsen erfolgt. Die Zustellung des Fokuspunktes 6 in Z-Richtung kann dadurch schneller und präziser und insbesondere auch mit einem kleineren Linearmotor 22 erfolgen. Die Abbildungseinheit 5 kann e- benfalls einfacher gestaltet werden, da hierin keiner bewegliche Teile mehr erforderlich sind. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Stellweg am Linearmotor 22 der Konkavlinse 4 ge- genuber der Verschiebung des Fokuspunktes 6 in Z-Richtung betragt etwa 1:20 für eine Bewegung des Fokuspunktes in Z- Richtung um 100 mm reicht demnach eine Bewegung der Konkavlinse 4 um 5 mm. Entsprechend schnell ist die Zustellung in Z- Richtung durchfuhrbar.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Laserscanner für Remote-Schweißverf ahren, mit einem
Lichtwellenleiter (1), einer ersten Konvexlinse (3), einer Konkavlmse (4), einer Abbildungsemheit (5) und einem Scannerspiegel (7), wobei der Scannerspiegel (7) zur Verlagerung eines Fokuspunktes (6) m zwei Richtungen an- steuerbar ist und wobei eine Vorrichtung zur Variation des Abstandes zwischen dem Scannerspiegel (7) und dem Fokuspunkt (6) vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung zur Variation des Abstandes einen mit der Konkavlmse (4) antnebsmaßig verbundenen Aktuator (22) umfasst.
2. Laserscanner nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Aktuator (22) ein Linearantrieb ist.
3. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im
Strahlengang zwischen dem Lichtwellenleiter (1) und der ersten Konvexlinse (3) eine optische Bank 21 vorgesehen ist.
4. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die op- tische Bank (21) zur Aufnahme eines Abstandsmesssystems (30, 31) eingerichtet ist.
5. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ab- Standsmesssystem (30, 31) mit einer Steuerung des Laserscanners verbunden ist.
6. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Abstandsmesssystems (30, 31) Laserlicht im sichtbaren WeI- lenlangenbereich emittiert.
7. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die optische Bank (21) zur Aufnahme einer optischen Fokuspunkt- uberwachung mittels CCD-Kamera oder Photodiode eingerich- tet ist.
8. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verhältnis zwischen dem Verfahrweg der Konkavlinse (4) in Richtung der optischen Achse des Laserscanners und der Abstandsanderung zwischen dem Fokuspunkt (6) und dem
Scannerspiegel (7) im Bereich von 1:10 bis 1:30, insbesondere bei 1:20 liegt.
9. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein In- terface vorgesehen ist, das es erlaubt, die Lage und die Bewegung in x- y- und z-Richtung des Fokuspunktes mit Daten aus einer CNC-Steuerung eines Roboters zu steuern.
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