WO2012119731A1 - Device and method for machining at least one workpiece - Google Patents

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WO2012119731A1
WO2012119731A1 PCT/EP2012/000922 EP2012000922W WO2012119731A1 WO 2012119731 A1 WO2012119731 A1 WO 2012119731A1 EP 2012000922 W EP2012000922 W EP 2012000922W WO 2012119731 A1 WO2012119731 A1 WO 2012119731A1
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workpiece
laser beam
deflecting
deflected
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Lars Richter
Hendrik Gebauer
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Laser Zentrum Hannover E.V.
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Definitions

  • the invention relates to a device for processing at least one workpiece, which comprises a beam guiding device for guiding a laser beam irradiated into the device, which comprises a first deflecting mirror for deflecting the irradiated laser beam, which is rotatably mounted about a rotation axis.
  • the invention also relates to a method for processing at least one workpiece, in which at least one laser beam is directed onto at least one region of the workpiece to be machined.
  • a generic device is for example from DE 10 2008
  • CONFIRMATION COPY 022 259 A1 known.
  • the device described here for processing glass components is used, for example, to assemble two cylindrical glass elements to form a long cylindrical element.
  • the two glass components are clamped horizontally and arranged together.
  • the contact area is heated by means of a laser beam, so that it is plastically deformable.
  • the device described in the cited document is only suitable for joining hollow cylindrical workpieces.
  • the laser beam is conducted by means of a radiation guide into an interior of the workpieces or the glass components and passed there by means of a deflecting mirror from the inside to be heated portions of the glass components.
  • the Strahlungsleitvoriques, at which the deflection mirror is, is rotatable about the longitudinal axis, which coincides with the longitudinal axis of the cylindrical glass components, so that the deflection mirror rotates.
  • the area in which the laser beam falls on the inner surface of the components to be joined thus also rotates. Due to the high rotational speeds of, for example, 1000 revolutions per minute, there is an almost homogeneous heating of the joining region of the two components to be joined together.
  • the device described in the publication has, in addition to the exclusive usability for glass components which have a cavity, further disadvantages. While the laser heats the irradiated portions of the glass components to be processed up to 1,200 to 1,500 ° C, part of this heat is radiated from the glass components again. In the interior of the glass components in which the Strahlungsleitvoriques is with the deflection mirror, therefore, there is a strong increase in temperature. Since the interior is completely surrounded by glass, this heat is difficult to dissipate. In addition, the measurement of the temperature of the glass component in the radiated area difficult, so it is usually done from the outside. However, depending on the wall thickness of the hollow-cylindrical component, the measured temperature on the outside of the glass component may deviate significantly from the temperature on the inside. A precise control of the method due to the temperature of the glass components is thus difficult.
  • the glass components to be joined together in particular if they have a large diameter, must be set in rotation in order to prevent the heated soft glass components from collapsing inwards during the melting process.
  • the invention is therefore based on the object to develop a generic device and a method so that the device is easily and quickly equippable, the process is easily controllable and other disadvantages of the prior art are mitigated or completely eliminated.
  • a device for processing at least one workpiece which comprises a beam guiding device for guiding a laser beam irradiated into the device, which comprises a first deflecting mirror for deflecting the incident laser beam, which is mounted rotatably about a rotation axis that extends therethrough characterized in that the Strahlleitvoriques comprises at least a first annular mirror, which is arranged such that a deflected from the first deflecting laser beam to the at least one first annular mirror and is reflected.
  • the first annular mirror has a central axis and is designed and arranged such that it reflects the laser beam irradiated into the device in the direction of the central axis.
  • the laser spot is distorted because the deflection takes place on a curved surface.
  • the distortion takes place only in the circumferential direction, while the laser sport moves in a direction perpendicular to it Essentially not distorted. Since the spot rotates over the circumference of the workpiece, the heat input takes place almost independently of the shape of the spot in this direction.
  • a laser beam is irradiated into the device. This is guided by the Strahlleitvorraum to the desired position. He first encounters the first deflecting mirror, which deflects the laser beam. In this case, the deflection mirror rotates, so that the direction in which the laser beam is deflected by the first deflection mirror, also rotates.
  • a second annular mirror is provided which is arranged such that a laser beam deflected by the first deflection mirror strikes the second annular mirror and is reflected onto the first annular mirror.
  • This can ensure that the laser beam runs parallel between the two ring mirrors to the outer surface of the workpiece to be machined, whereby the device can be made compact.
  • the ring mirrors may also have, for example, a spherical or parabolic shape in cross section, if this is desired for focusing reasons.
  • the laser beam deflected in this way now encounters an annular mirror which is arranged so that during the rotation of the first deflecting mirror the laser beam deflected by the latter and the second annular mirror always strikes the mirror surface of the first annular mirror. From there it can then be reflected, for example, directly onto the part of the at least one workpiece to be heated. If the laser beam, after it has been deflected by the deflecting mirror, reflected by the annular mirror in the direction of the central axis, it is ensured that it impinges on a part of the outer surface of the workpiece to be machined.
  • the device comprises at least one holding device for holding the at least one workpiece. This is particularly advantageous for thin tubes or workpieces that can not be simply stacked, for example.
  • the device is particularly suitable for joining two workpieces, of which at least one has an area to be joined, which may consist of a glass.
  • the two workpieces they are arranged together and the contact area of both workpieces is heated by the irradiated laser beam.
  • the incident laser beam impinges from the outside on the workpieces to be joined by the deflection at the deflection mirror and the reflection at the first ring mirror. It has proven to be particularly advantageous when the laser beam strikes perpendicular or almost perpendicular to the outer surface of the workpieces to be joined. In this way, it is particularly well possible to irradiate the area to be heated and to ensure particularly good heat transfer.
  • the workpieces to be machined may also consist of materials other than glass, for example of metal such as steel or of ceramic material.
  • workpieces made of different materials can be connected together. It is conceivable, for example, the joining of a metal ring with a glass cylinder.
  • the device ensures a nearly homogeneous circumferential heating of the workpiece to be machined. The ideal speed depends on how fast the material to be processed radiates the absorbed heat and locally cools down again. If necessary, already one revolution per second is sufficient. However, the higher the speed, the more homogeneous the workpiece will be heated over its circumference.
  • the first annular mirror and / or the second annular mirror are displaceably mounted in the direction of a longitudinal axis of the device.
  • the area which is heated by the impact of the laser beam on the workpiece can be set very accurately.
  • a displacement of the first annular mirror is bound to conditions that are to be maintained in order to ensure an optimal impact of the laser beam on the surface of the at least one workpiece.
  • the laser beam is preferably radiated into the device, for example parallel to the longitudinal axis of the device, and deflected at a deflection direction in a direction perpendicular thereto.
  • the beam direction, in which the laser beam is deflected at the deflection mirror, thereby rotates, as well as the deflection mirror is rotatably mounted and rotates during operation of the device.
  • the laser beam after being deflected by the deflection mirror, for example, runs perpendicular to an axis of symmetry of the cylindrical workpiece.
  • the second ring mirror is deflected at this down. At a certain distance, it then hits the first ring mirror, which redirects it to the outer surface of the workpiece to be reshaped or heated.
  • the holding device is preferably designed to be in an interior of the Workpiece to be arranged so that no contact of the holding device with an outer surface of the workpiece is necessary.
  • workpieces that have an interior and, for example, are shaped like a hollow cylinder.
  • the holding device may in particular have a plurality of clamping elements, which are arranged for example concentrically on an axis. The clamping elements can be displaced outwards and can thus build on the inside of a hollow cylinder pressure, which ensures that the holding device or the clamping elements can not be moved relative to the hollow cylinder, but pinch in the interior of the hollow cylinder.
  • a holding device that engages an outer surface of the workpiece and holds it so.
  • parts of the holding device must be equipped with mirror arrangements or deflecting arrangements for the laser beam in order to prevent blocking or deflection of the laser beam by the holding device.
  • the laser beam is then passed around the portions of the fixture.
  • the holding device is designed such that the workpiece is non-rotating storable.
  • the workpieces are to be connected to one another, then they can be supported upright vertically or substantially vertically.
  • the workpieces no longer have to be mounted in a rotating manner in order to counteract the influence of gravity on the heated and thus soft and easily moldable glass material.
  • a flow of the material, as described in a horizontal storage in the prior art, is thus excluded and must can not be compensated by a rotation of the workpieces.
  • the handling is simplified because these workpieces now no longer need to be rotated, on the other hand, the device can be structurally smaller and more compact and ultimately produced more cost-effectively.
  • the first deflecting mirror is a semipermeable mirror.
  • a second deflection mirror is provided, which is arranged such that a portion of a laser beam not deflected by the first deflection mirror strikes the second deflection mirror.
  • this could, for example, achieve that part of the laser beam is deflected at the first deflecting mirror and fed to the at least one annular mirror.
  • This part of the laser beam is directed to the outside or an outer surface of the workpiece to be heated.
  • a second part of the laser beam is not redirected by the semitransparent deflection mirror. This meets at a certain distance on a second deflection mirror and is deflected by this.
  • the second deflection mirror is advantageously located in the hollow space of this hollow cylindrical workpiece. This makes it possible to make the second part of the laser beam, which was not deflected by the first deflecting mirror, also strike a region of the inner surface of the hollow cylindrical workpiece.
  • the distances By means of a suitable choice of the distances, it is possible for the area of the outer surface and the area of the inner surface in which the two portions of the laser beam impinge to lie directly opposite one another, so that it extends beyond the wall thickness of the hollow cylindrical workpiece a nearly homogeneous heating can occur. Especially with workpieces with a large wall thickness, this procedure and this embodiment of the device makes sense.
  • the second deflecting mirror is also rotatable about the axis of rotation. so that also the area of the inner surface of the workpiece, on which the second part of the laser beam impinges, rotates. This ensures that an almost homogeneous heating of the component to be heated is achieved even over the circumference of the inner surface.
  • the first deflecting mirror and the second deflecting mirror are connected to each other via a shaft.
  • a shaft for example, the clamping elements of the holding device can be arranged, which can attack from the inside to the workpiece and hold it so.
  • the clamping elements may be arranged for example on a common bearing element, which is located on the shaft.
  • the shaft is rotatably configured in this case relative to the bearing element, so that the bearing element itself can remain at rest relative to the rest of the device and also relative to a workpiece to be machined, so do not have to rotate with the shaft.
  • the device comprises a temperature sensor, for example a pyrometer, for determining a surface temperature of the workpiece, and the device additionally comprises a laser for irradiating a laser beam into the beam-guiding device and a control unit which is designed and set up, for example, electrically or electronically, to regulate a laser power emitted by the laser.
  • a temperature sensor for example a pyrometer
  • the device additionally comprises a laser for irradiating a laser beam into the beam-guiding device and a control unit which is designed and set up, for example, electrically or electronically, to regulate a laser power emitted by the laser.
  • a sensor can also be arranged as an alternative to the second deflecting mirror so that the beam portion not deflected by the first deflecting mirror strikes the sensor and can thus be used to monitor the process. Then it may be advantageous if the majority of the power of the laser beam, for example 90%, is deflected by the first deflection mirror.
  • a tilt angle of the first and / or second deflection mirror is adjustable.
  • the angle is changed by which the laser beam is deflected at the respective mirror.
  • the position can be changed, at which the laser beam impinges on the surface of the workpiece.
  • the adjustment of the tilt angle can be done, for example, by a fine servomotor, possibly even continuously, so that the irradiated surface can be set very accurately.
  • a change in the tilt angle leads to changes in the wide beam path. In that case, it may then no longer be ensured that the laser beam runs parallel to the outer surface of the at least one workpiece between the two annular mirrors or still impinges perpendicularly on the workpiece.
  • a method according to the invention for machining the at least one workpiece is characterized by the steps of a) deflecting the laser beam through a first deflection mirror rotating about a rotation axis and
  • the deflected laser beam is diverted through two annular mirrors.
  • the remaining part is then preferably deflected by a second deflection mirror such that it strikes a region of the inner surface of the at least one workpiece.
  • the remaining part can also be directed to a sensor which, for example, measures the laser power irradiated into the beam guiding device, or the power of the remaining part. This information can be used to monitor the process.
  • the first deflecting mirror and the second deflecting mirror rotate at the same speed and in the same direction. This can, as already stated, particularly easy to implement by both mirrors are connected to each other via a common shaft.
  • the method is advantageously a method for joining a first workpiece and a second workpiece, wherein the at least one first workpiece has an area to be joined, which may consist of a glass, and the laser beam strikes the area to be joined of the workpieces.
  • Such joining methods can be used, for example, in the production of glass tube elements for solar power plants.
  • two short glass tube elements are initially provided with one metal ring at an outer end, on which later further components can be arranged. Subsequently, these two glass elements are placed on one end of a long glass tube, which may be four meters long, for example. This can be done for example with a joining method described here.
  • the advantage here is that due to the relatively small diameter of these tubes, which may be 125 mm, for example, even with horizontal clamping or mounting of the glass workpieces to be joined, a rotation of the workpieces is not necessary, since the influence of gravity is not sufficient here to cause a deformation outside the tolerance ranges. Thanks to the very simple temperature monitoring on the outside of the glass tubes, the temperature can be measured very accurately, so that the process can be well controlled by balancing with a desired temperature and a corresponding control unit. In this way, there is a fast and energy-efficient connection of the various glass components.
  • the method can also be used for connecting larger components, for example glass cylinders with a diameter of one meter.
  • larger components for example glass cylinders with a diameter of one meter.
  • These can be stored vertically due to their stability, so that even here a rotation that would be very difficult to handle, especially in these heavy and large elements is avoided. Therefore, it is advantageous if the at least one workpiece can be stored vertically.
  • the workpieces can also be stored horizontally or in any other orientation. This may make special demands on the respective holding device.
  • a glass tube for solar tube collectors comprises at least two glass partial tubes which have been joined by one of the above-mentioned methods. Characterized a chemical change of the components is effectively prevented compared to a use, for example, a gas burner for heating the components to be joined. If the components to be joined are heated with a burner, for example a gas burner, it can not be reliably ruled out that undesirable components are also contained which adhere to the components to be heated Adhere surfaces of the components and these change chemically. This is reflected in material stresses and possibly lower breaking strength. However, if the glass tubes are joined by a method described here, these disadvantages can be effectively prevented.
  • FIG. 1 shows a device according to a first exemplary embodiment of the present invention in a schematic 3-D view
  • FIG. 3 shows the device from FIGS. 1 and 2 in a schematic cross-sectional representation
  • FIG. 4 shows a device according to a second exemplary embodiment of the present invention in a schematic 3D view
  • Figure 6 the device according to Figures 4 and 5 in a schematic sectional view.
  • Figures 1 and 2 show a device according to a first embodiment of the present invention in schematic SD representations from different perspectives.
  • a laser beam 2 is introduced from above into the device. He meets a first deflection mirror 6. This is in the illustrated embodiment at a 45 ° angle to the direction of incidence of the laser beam 2, so that the laser beam 2 is deflected by the first deflection mirror 6 by 90 °.
  • the first deflecting mirror 6 is rotatably mounted about an axis of rotation which, in the exemplary embodiment shown in the figures, is combined with the direction of incidence of the laser beam 2. menfact.
  • the second annular mirror 8 is designed so that the deflection of the laser beam 2 is again by 90 °.
  • the reflected laser beam 2 also circulates in a circle. However, he always hits the second ring mirror 8 so that it is always reflected. Thereafter, in the embodiment shown, it strikes the first ring mirror 10, and is deflected from there again.
  • FIGS. 1 and 2 schematically show a first workpiece 12 and a second workpiece 14, which may be made of glass, for example, and which are to be joined together in the exemplary embodiment shown. For this they are arranged together.
  • the contact region in which the first workpiece 12 comes into contact with the second workpiece 14 is now heated by the laser beam 2, which was deflected by the first annular mirror 10. Due to the fact that the first deflecting mirror 6 rotates, the point of impact at which the laser beam 2 strikes the connecting area between the first operative piece 12 and the second workpiece 14 also rotates, and runs around the circumference of the workpieces 12, 14. Due to the high speeds, there is a nearly homogeneous heating of the joining area.
  • the laser spot is distorted.
  • Both ring mirrors 8, 10 have curved surfaces on which the laser is reflected. However, this is the case only in the circumferential direction of the ring mirrors 8, 10. In a direction perpendicular to this direction no distortion takes place.
  • the first deflecting mirror 6 is rotated at a relatively high speed of, for example, 1000 revolutions per minute. The heating thus takes place almost independently of the actual shape of the spot of the irradiated laser beam 2 in the circumferential direction.
  • the distortion of the laser beam 2 in this direction caused by the first ring mirror 10 and the second ring mirror 8 consequently has no appreciable influence.
  • the device is therefore particularly suitable for methods in which it depends on a homogeneous heating of the entire circumference of the workpiece to be machined.
  • Figure 3 shows the device already shown in a schematic sectional view. It can be seen the laser beam 2 entering from above into the device, which is deflected by the first deflection mirror 6. Subsequently, the laser beam strikes first on the second annular mirror 8 and then on the first annular mirror 10 before it impinges on the joining region between the first workpiece 12 and the second workpiece 14. It can be seen clearly in FIG. 3 that a change in the tilting angle of the first deflecting mirror 6 results in a displacement of the entire following beam path of the laser beam 2. If a change in the tilt angle takes place only to a very limited extent, the position of the laser beam 2 on the workpieces 12, 14 to be joined can thereby be set very precisely.
  • the laser beam 2 no longer strikes the second annular mirror 8 or the first annular mirror 10 after deflecting onto the first deflecting mirror 6, so that heating of the first workpiece 12 and of the second Workpiece 14 is coming. If the region in which the laser beam strikes the workpieces 12, 14 to be joined is displaced by a greater amount, it makes sense to make the first annular mirror 10 displaceable. It can then in particular in a direction parallel to the axis of symmetry of the workpieces 12, 14 shown, in the figures 1 to 3 so up or down, be moved.
  • Figures 4 and 5 show a device according to a second embodiment of the present invention in a schematic SD view from different perspectives. It can be seen again the incident from the top of the device laser beam 2, which is at least partially deflected by the first deflection mirror 6. The portion of the laser beam 2 which is deflected by the first deflection mirror 6, as shown in Figures 1 to 3, first encounters the second annular mirror 8, from which it is reflected on the first annular mirror 10.
  • first workpiece 12 and a second workpiece 14 are provided, which are to be joined together and are arranged one above the other.
  • the part of the laser beam 2 which has been deflected by the first deflecting mirror 6 strikes the joining region between the first workpiece 12 and the second workpiece 14 after impinging on the first annular mirror 10 and heats the latter.
  • the impact point runs over the circumference of the two workpieces 12, 14 and thus heats the peripheral region almost homogeneously.
  • the first deflecting mirror 6 in FIGS. 4 and 5 is designed as a semitransparent mirror so that a partial beam 16 passes through the first deflecting mirror 6 without being deflected by it.
  • Both the first workpiece 12 and the second workpiece 14 are formed as hollow cylindrical workpieces.
  • the partial beam 16 now runs from above into the workpieces 12, 14 and meets there on a second deflection mirror 18. This is connected via a shaft 20 with the first deflection mirror 6 and thus rotatable together with this.
  • the partial beam 16 is deflected by the second deflecting mirror 18 and now hits from the inside to the joining region between the first workpiece piece 12 and the second workpiece 14.
  • a sensor could also be arranged at this point, for example, which determines, for example, the laser power striking it which can be used to monitor, control and / or regulate the method.
  • the trained as a semitransparent mirror first deflecting mirror 6 only a small part, for example, 5% or 10% of the laser power impinging on it Wegläset and deflects the vast majority remaining.
  • first workpiece 12 and the second workpiece 14 do not rotate during the joining process.
  • the arranged in the figures below second workpiece 14 may be arranged, for example, standing on a base plate 22.
  • a holding device 24 is provided, which is covered by the first annular mirror 10 in FIG.
  • this holding device 24 is arranged on the shaft 20, on which both the first deflecting mirror 6 and the second deflecting mirror 18 are arranged, and which rotates during operation of the device.
  • the holding device 24 is, however, arranged so that it is for example slidably mounted on the shaft 20, so that the holding device 24 does not rotate with the shaft 20.
  • the holding device 24 has three support elements 26, which extend from a ring 28 surrounding the shaft 20 to the respective workpiece 12, 14.
  • the ring 28 is slidably mounted on the shaft 20 so that the shaft 20 can rotate relative to the ring 28.
  • the support elements 26 can be pressed, for example, hydraulically from the inside to the inner surface of the respective workpiece 12, 14. As long as the frictional force generated thereby is greater than the frictional forces prevailing between the shaft 20 and the ring 28, the holding device 24 is not connected to the shaft 20. rotates. In this way it is guaranteed that the to be connected
  • Workpieces 12, 14 do not rotate relative to the location of the device and the rest of the structure of the device, so that here the handling of the system, especially for large and heavy workpieces, is significantly simplified and the system can be designed structurally smaller.
  • the holding device 24 is designed such that the workpiece 12, 14 held by it is non-rotatably storable, although the shaft 20 rotates with the deflecting mirrors 6, 18 attached thereto relative to the workpieces 12, 14.
  • FIG. 6 shows the device from FIGS. 4 and 5 in a sectional view. It can again be seen that the incoming laser beam 2 is split by the first deflecting mirror 6 configured as a semitransparent mirror. The part of the laser beam 2 which is deflected meets the second annular mirror 8, the first annular mirror 10 and then the joint between the first workpiece 12 and the second workpiece 14. It is guided past the first workpiece 12 on the outside. The partial beam 16, which is not deflected by the first deflection mirror 6, however, enters into the interior of the workpiece 12 and there meets the second deflection mirror 18, which is coupled via the shaft 20 with the first deflection mirror 6.
  • a holding device 24 is schematically indicated, which has a ring 28 which is slidably mounted on the shaft 20 and is connected via support members 26 with the first workpiece 12. This ensures that the
  • Workpieces 12, 14 do not move relative to the rest of the structure, in particular to the base plate 22.

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Abstract

The invention relates to a device for machining at least one workpiece (12, 14), said device comprising a beam guiding device for guiding a laser beam (2) that is irradiated into the device. The beam guiding device comprises a first deflecting mirror (6) for deflecting the irradiated laser beam (2), said deflecting mirror being rotatably mounted about a rotational axis. The invention is characterized in that the beam guiding device comprises at least one first ring mirror (10) that is arranged such that a laser beam (2) that is deflected by the first deflecting mirror (6) strikes the at least one first ring mirror (10) and is reflected.

Description

Titel  title
Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstückes  Apparatus and method for processing at least one workpiece
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks, die eine Strahlleitvorrichtung zum Leiten eines in die Vorrichtung eingestrahlten Laserstrahls umfasst, die einen ersten Umlenkspiegel zum Umlenken des eingestrahlten Laserstrahls umfasst, der um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist. The invention relates to a device for processing at least one workpiece, which comprises a beam guiding device for guiding a laser beam irradiated into the device, which comprises a first deflecting mirror for deflecting the irradiated laser beam, which is rotatably mounted about a rotation axis.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks, bei dem wenigstens ein Laserstrahl auf zumindest einen Bereich des zu bearbeitenden Werkstücks geleitet wird. The invention also relates to a method for processing at least one workpiece, in which at least one laser beam is directed onto at least one region of the workpiece to be machined.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2008 A generic device is for example from DE 10 2008
BESTÄTIGUNGSKOPIE 022 259 A1 bekannt. Die dort beschriebene Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten wird verwendet, um beispielsweise zwei zylinderförmige Glaselemente zu einem langen zylindrischen Element zusammenzufügen. Dazu werden die beiden Glaskomponenten horizontal eingespannt und aneinander angeordnet. Der Kontaktbereich wird mittels eines Laserstrahls erwärmt, so dass er plastisch verformbar ist. CONFIRMATION COPY 022 259 A1 known. The device described here for processing glass components is used, for example, to assemble two cylindrical glass elements to form a long cylindrical element. For this purpose, the two glass components are clamped horizontally and arranged together. The contact area is heated by means of a laser beam, so that it is plastically deformable.
Die in der genannten Druckschrift beschriebene Vorrichtung ist lediglich zum Fügen von hohlzylinderförmigen Werkstücken geeignet. Der Laserstrahl wird mittels einer Strahlungsleitvorrichtung in einen Innenraum der Werkstücke bzw. der Glaskomponenten geleitet und dort mittels eines Umlenkspiegels von innen auf die zu erwärmenden Anteile der Glaskomponenten geleitet. Die Strahlungsleitvorrichtung, an der sich der Umlenkspiegel befindet, ist dabei um die Längsachse, die mit der Längsachse der zylinderförmigen Glaskomponenten zusammenfällt, drehbar, so dass auch der Umlenkspiegel rotiert. Der Bereich, in dem der Laserstrahl auf die innere Oberfläche der zu fügenden Bauteile fällt, rotiert damit ebenfalls. Aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeiten von beispielsweise 1000 Umdrehungen pro Minute kommt es zu einer nahezu homogenen Erwärmung des Fügebereichs der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile. The device described in the cited document is only suitable for joining hollow cylindrical workpieces. The laser beam is conducted by means of a radiation guide into an interior of the workpieces or the glass components and passed there by means of a deflecting mirror from the inside to be heated portions of the glass components. The Strahlungsleitvorrichtung, at which the deflection mirror is, is rotatable about the longitudinal axis, which coincides with the longitudinal axis of the cylindrical glass components, so that the deflection mirror rotates. The area in which the laser beam falls on the inner surface of the components to be joined, thus also rotates. Due to the high rotational speeds of, for example, 1000 revolutions per minute, there is an almost homogeneous heating of the joining region of the two components to be joined together.
Die in der Druckschrift beschriebene Vorrichtung weist neben der ausschließlichen Verwendbarkeit für Glaskomponenten, die einen Hohlraum aufweisen, weitere Nachteile auf. Während der Laser die von ihm bestrahlten Anteile der zu bearbeitenden Glaskomponenten auf bis zu 1.200 bis 1.500 °C erwärmt, wird ein Teil dieser Wärme von den Glasbauteilen wieder abgestrahlt. Im Innenraum der Glaskomponenten, in dem sich die Strahlungsleitvorrichtung mit dem Umlenkspiegel befindet, kommt es daher zu einem starken Temperaturanstieg. Da der Innenraum vollständig von Glas umgeben ist, kann diese Wärme nur schwer abgeführt werden. Zudem ist die Messung der Temperatur der Glaskomponente in dem be- strahlten Bereich nur schwer möglich, so dass sie zumeist von außen erfolgt. Dabei kann jedoch je nach Wandstärke des hohlzylinderförmigen Bauteils die gemessene Temperatur an der Außenseite der Glaskomponente von der Temperatur an der Innenseite deutlich abweichen. Eine genaue Steuerung des Verfahrens aufgrund der Temperatur der Glasbauteile ist somit schwer möglich. The device described in the publication has, in addition to the exclusive usability for glass components which have a cavity, further disadvantages. While the laser heats the irradiated portions of the glass components to be processed up to 1,200 to 1,500 ° C, part of this heat is radiated from the glass components again. In the interior of the glass components in which the Strahlungsleitvorrichtung is with the deflection mirror, therefore, there is a strong increase in temperature. Since the interior is completely surrounded by glass, this heat is difficult to dissipate. In addition, the measurement of the temperature of the glass component in the radiated area difficult, so it is usually done from the outside. However, depending on the wall thickness of the hollow-cylindrical component, the measured temperature on the outside of the glass component may deviate significantly from the temperature on the inside. A precise control of the method due to the temperature of the glass components is thus difficult.
Nachteilig ist zudem, dass die Strahlungsleitvorrichtung als Ganzes drehbar ausgestaltet werden muss. Dadurch müssen relativ große Massen in Rotation versetzt werden. Zudem muss die Strahlungsleitvorrichtung ins Innere der zu bearbeitenden Glaskomponenten eingeführt werden. Dadurch wird der Bestückungsvorgang der in der genannten Druckschrift gezeigten Vorrichtung zeitaufwändig und fehleranfällig. Another disadvantage is that the Strahlungsleitvorrichtung must be designed to be rotatable as a whole. As a result, relatively large masses must be set in rotation. In addition, the Strahlungsleitvorrichtung must be introduced into the interior of the glass components to be processed. As a result, the assembly process of the device shown in the cited document is time-consuming and error-prone.
Zudem müssen die miteinander zu verbindenden Glaskomponenten insbesondere, wenn diese einen großen Durchmesser aufweisen, in Rotation versetzt werden, um zu verhindern, dass die erwärmten weichen Glasanteile während des Schmelzvorgangs nach innen zusammenfallen. In addition, the glass components to be joined together, in particular if they have a large diameter, must be set in rotation in order to prevent the heated soft glass components from collapsing inwards during the melting process.
Aus der DE 100 52 072 B4 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils aus Quarzglas mittels eines Laserstrahls bekannt. Dabei wird ein hohlzylinderförmiges Bauteil an der Innenseite laserbearbeitet. Der Laserstrahl wird von einer Stirnseite in den Hohlzylinder des Bauteils eingeführt, in dem von der anderen Seite ein verschiebbarer Umlenkspiegel angeordnet ist. Der Laserstrahl trifft auf den Umlenkspiegel, der neben der Verschiebbarkeit entlang der Längsrichtung zudem rotierbar gelagert ist. Der Laserstrahl wird so auf die Innenseite des Zylinders abgelenkt. Wird nun der Umlenkspiegel in Rotation versetzt und gleichzeitig entlang der Längsachse des Hohlzylinders verschoben, kommt es zu einer Spiralbewegung des Bereichs, der vom Laser bestrahlt wird. Auf diese Weise ist eine Oberflächenvergütung, insbesondere ein Polieren der Innenseite des Hohlzylinders, möglich. Aus der US 2,648,166 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der zwei Glaszylinder zusammengefügt werden können. Auch hier werden die beiden Glaszylinder horizontal eingespannt und in Rotation versetzt, um durch die dadurch auftretenden Fliehkräfte ein Zerfließen des erwärmten Glasanteiles aufgrund der Schwerkraft zu verhindern. Die Erwärmung erfolgt in der gezeigten Vorrichtung über einen Gasbrenner, der im Inneren der Glaszylinder, die miteinander verbunden werden sollen, angeordnet ist. From DE 100 52 072 B4 an apparatus and a method for processing a component made of quartz glass by means of a laser beam is known. In this case, a hollow cylindrical component is laser-worked on the inside. The laser beam is introduced from an end face into the hollow cylinder of the component, in which a displaceable deflecting mirror is arranged from the other side. The laser beam strikes the deflecting mirror, which besides the displaceability along the longitudinal direction is also rotatably mounted. The laser beam is thus deflected to the inside of the cylinder. Now, if the deflection mirror is set in rotation and simultaneously displaced along the longitudinal axis of the hollow cylinder, there is a spiral movement of the area which is irradiated by the laser. In this way, a surface finish, in particular a polishing of the inside of the hollow cylinder, possible. From US 2,648,166 a device is known, can be joined together with the two glass cylinder. Again, the two glass cylinders are clamped horizontally and set in rotation to prevent the resulting centrifugal forces, a flow of the heated glass portion due to gravity. The heating takes place in the device shown via a gas burner, which is arranged in the interior of the glass cylinder, which are to be connected to each other.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein Verfahren so weiter zu entwickeln, dass die Vorrichtung einfach und schnell bestückbar ist, der Prozess leicht steuerbar ist und auch sonstige Nachteile aus dem Stand der Technik abgeschwächt oder gänzlich behoben werden. The invention is therefore based on the object to develop a generic device and a method so that the device is easily and quickly equippable, the process is easily controllable and other disadvantages of the prior art are mitigated or completely eliminated.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstückes, die eine Strahlleitvorrichtung zum Leiten eines in die Vorrichtung eingestrahlten Laserstrahls umfasst, die einen ersten Umlenkspiegel zum Umlenken des eingestrahlten Laserstrahls umfasst, der um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, die sich dadurch auszeichnet, dass die Strahlleitvorrichtung wenigstens einen ersten Ringspiegel umfasst, der derart angeordnet ist, dass ein von dem ersten Umlenkspiegel umgelenkter Laserstrahl auf den wenigstens einen ersten Ringspiegel trifft und reflektiert wird. The invention achieves the stated object by a device for processing at least one workpiece, which comprises a beam guiding device for guiding a laser beam irradiated into the device, which comprises a first deflecting mirror for deflecting the incident laser beam, which is mounted rotatably about a rotation axis that extends therethrough characterized in that the Strahlleitvorrichtung comprises at least a first annular mirror, which is arranged such that a deflected from the first deflecting laser beam to the at least one first annular mirror and is reflected.
Vorzugsweise weist der erste Ringspiegel eine Mittelachse auf und ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er den in die Vorrichtung eingestrahlten Laserstrahl in Richtung auf die Mittelachse reflektiert. Beim Umlenken kommt es zu einer Verzerrung des Laserspots, da die Umlenkung an einer gekrümmten Oberfläche erfolgt. Insbesondere bei im Querschnitt planaren Ringspiegeln findet die Verzerrung jedoch nur in Umfangsrich- tung statt, während der Lasersport in einer Richtung senkrecht dazu im Wesentlichen nicht verzerrt wird. Da der Spot über den Umfang des Werkstückes rotiert, findet der Wärmeeintrag nahezu unabhängig von der Form des Spots in dieser Richtung statt. Preferably, the first annular mirror has a central axis and is designed and arranged such that it reflects the laser beam irradiated into the device in the direction of the central axis. When deflecting, the laser spot is distorted because the deflection takes place on a curved surface. However, especially in the case of ring mirrors that are planar in cross-section, the distortion takes place only in the circumferential direction, while the laser sport moves in a direction perpendicular to it Essentially not distorted. Since the spot rotates over the circumference of the workpiece, the heat input takes place almost independently of the shape of the spot in this direction.
Wird nun ein Werkstück, das es zu bearbeiten gilt, in die Vorrichtung eingebracht, wird ein Laserstrahl in die Vorrichtung eingestrahlt. Dieser wird von der Strahlleitvorrichtung an die gewünschte Position geleitet. Dabei trifft er zunächst auf den ersten Umlenkspiegel, der den Laserstrahl umlenkt. Dabei dreht sich der Umlenkspiegel, so dass die Richtung, in die der Laserstrahl vom ersten Umlenkspiegel umgelenkt wird, ebenfalls rotiert. If a workpiece which is to be processed is now introduced into the device, a laser beam is irradiated into the device. This is guided by the Strahlleitvorrichtung to the desired position. He first encounters the first deflecting mirror, which deflects the laser beam. In this case, the deflection mirror rotates, so that the direction in which the laser beam is deflected by the first deflection mirror, also rotates.
Erfindungsgemäß ist ein zweiter Ringspiegel vorgesehen, der so angeordnet ist, dass ein von dem ersten Umlenkspiegel umgelenkter Laserstrahl auf den zweiten Ringspiegel trifft und auf den ersten Ringspiegel reflektiert wird. Damit kann gewährleistet werden, dass der Laserstrahl zwischen den beiden Ringspiegeln parallel zur äußeren Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes verläuft, wodurch die Vorrichtung kompakt ausgebildet werden kann. Die Ringspiegel können im Querschnitt auch eine beispielsweise sphärische oder parabolische Form aufweisen, falls dies aus Fokussierungsgründen gewünscht ist. According to the invention, a second annular mirror is provided which is arranged such that a laser beam deflected by the first deflection mirror strikes the second annular mirror and is reflected onto the first annular mirror. This can ensure that the laser beam runs parallel between the two ring mirrors to the outer surface of the workpiece to be machined, whereby the device can be made compact. The ring mirrors may also have, for example, a spherical or parabolic shape in cross section, if this is desired for focusing reasons.
Der so umgelenkte Laserstrahl trifft nun auf einen Ringspiegel, der so angeordnet ist, dass während der Rotation des ersten Umlenkspiegels der von diesem und dem zweiten Ringspiegel umgelenkte Laserstrahl immer auf die Spiegelfläche des ersten Ringspiegels trifft. Von dort kann er dann beispielsweise direkt auf den zu erwärmenden Teil des wenigstens einen Werkstücks reflektiert werden. Wird der Laserstrahl, nachdem er vom Umlenkspiegel umgelenkt wurde, von dem Ringspiegel in Richtung auf dessen Mittelachse reflektiert, ist gewährleistet, dass er auf einen Teil der äußeren Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes auftrifft. The laser beam deflected in this way now encounters an annular mirror which is arranged so that during the rotation of the first deflecting mirror the laser beam deflected by the latter and the second annular mirror always strikes the mirror surface of the first annular mirror. From there it can then be reflected, for example, directly onto the part of the at least one workpiece to be heated. If the laser beam, after it has been deflected by the deflecting mirror, reflected by the annular mirror in the direction of the central axis, it is ensured that it impinges on a part of the outer surface of the workpiece to be machined.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Haltevorrichtung zum Halten des wenigstens einen Werkstückes. Dies ist insbesondere bei dünnen Rohren bzw. Werkstücken vorteilhaft, die nicht einfach beispielsweise übereinander gestellt werden können. Preferably, the device comprises at least one holding device for holding the at least one workpiece. This is particularly advantageous for thin tubes or workpieces that can not be simply stacked, for example.
Die Vorrichtung ist besonders geeignet zum Fügen zweier Werkstücke, von denen wenigstens eines einen zu fügenden Bereich aufweist, der aus einem Glas bestehen kann. Beim Fügen der beiden Werkstücke werden diese aneinander angeordnet und der Kontaktbereich beider Werkstücke wird über den eingestrahlten Laserstrahl erwärmt. Im vorliegenden Fall trifft der eingestrahlte Laserstrahl durch die Umlenkung am Umlenkspiegel und die Reflektion am ersten Ringspiegel von außen auf die zu fügenden Werkstücke. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, wenn der Laserstrahl senkrecht oder nahezu senkrecht auf die äußere Oberfläche der zu fügenden Werkstücke auftrifft. Damit ist ein Einstrahlen auf den zu erwärmenden Bereich besonders gut möglich und ein besonders guter Wärmeübertrag gewährleistet. Dies ist beispielsweise dadurch zu erreichen, dass der in die Vorrichtung eingestrahlte Laserstrahl am Umlenkspiegel um weniger als 90° abgelenkt wird und beim Auftreffen auf den ersten Ringspiegel so reflektiert wird, dass er senkrecht auf die Oberfläche der zu fügenden Werkstücke auftrifft. The device is particularly suitable for joining two workpieces, of which at least one has an area to be joined, which may consist of a glass. When joining the two workpieces they are arranged together and the contact area of both workpieces is heated by the irradiated laser beam. In the present case, the incident laser beam impinges from the outside on the workpieces to be joined by the deflection at the deflection mirror and the reflection at the first ring mirror. It has proven to be particularly advantageous when the laser beam strikes perpendicular or almost perpendicular to the outer surface of the workpieces to be joined. In this way, it is particularly well possible to irradiate the area to be heated and to ensure particularly good heat transfer. This can be achieved, for example, by deflecting the laser beam irradiated into the device at the deflecting mirror by less than 90 ° and, upon impinging on the first annular mirror, being reflected so that it impinges perpendicularly on the surface of the workpieces to be joined.
Es ist jedoch mit einer derartigen Vorrichtung auch möglich, beispielsweise ein Werkstück zu schneiden oder dessen Geometrie, beispielsweise den Umfang, genau einzustellen. Dies ist insbesondere auch für Innenoberflächen eines hohlen Werkstückes möglich. Zudem können die zu bearbeitenden Werkstücke auch aus anderen Materialien als Glas, beispielsweise aus Metall wie etwa Stahl oder aus keramischem Werkstoff bestehen. Auch Werkstücke aus unterschiedlichen Materialien können miteinander verbunden werden. Denkbar ist beispielsweise das Fügen eines Metallrings mit einem Glaszylinder. Die Vorrichtung gewährleistet dafür eine nahezu homogene Umfangserwärmung des zu bearbeitenden Werkstückes. Dabei ist die ideale Drehzahl davon abhängig, wie schnell das zu bearbeitende Material die aufgenommene Wärme abstrahlt und lokal wieder auskühlt. Gegebenenfalls reicht bereits eine Umdrehung pro Sekunde aus. Je größer jedoch die Drehzahl ist, desto homogener wird das Werkstück über seinen Umfang erwärmt. However, it is also possible with such a device, for example, to cut a workpiece or to adjust its geometry, for example, the circumference, exactly. This is especially possible for inner surfaces of a hollow workpiece. In addition, the workpieces to be machined may also consist of materials other than glass, for example of metal such as steel or of ceramic material. Also workpieces made of different materials can be connected together. It is conceivable, for example, the joining of a metal ring with a glass cylinder. The device ensures a nearly homogeneous circumferential heating of the workpiece to be machined. The ideal speed depends on how fast the material to be processed radiates the absorbed heat and locally cools down again. If necessary, already one revolution per second is sufficient. However, the higher the speed, the more homogeneous the workpiece will be heated over its circumference.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Ringspiegel und/oder der zweite Ringspiegel in Richtung einer Längsachse der Vorrichtung verschiebbar gelagert. Damit kann der Bereich, der durch das Auftreffen des Laserstrahls auf das Werkstück erwärmt wird, sehr genau eingestellt werden. Bei im Querschnitt nicht planaren Ringspiegeln ist jedoch ein Verschieben des ersten Ringspiegels an Bedingungen gebunden, die einzuhalten sind, um wieder ein optimales Auftreffen des Laserstrahls auf die Oberfläche des wenigstens einen Werkstückes zu gewährleisten. Bei im Querschnitt planaren Ringspiegeln lässt sich einfach ein großer Bereich realisieren, in dem die Ringspiegel verschiebbar sind. In a preferred embodiment, the first annular mirror and / or the second annular mirror are displaceably mounted in the direction of a longitudinal axis of the device. Thus, the area which is heated by the impact of the laser beam on the workpiece can be set very accurately. In non-planar cross-section ring mirrors, however, a displacement of the first annular mirror is bound to conditions that are to be maintained in order to ensure an optimal impact of the laser beam on the surface of the at least one workpiece. With ring mirrors that are planar in cross-section, a large area can easily be realized in which the ring mirrors can be displaced.
Vorzugsweise wird der Laserstrahl beispielsweise parallel zu der Längsachse der Vorrichtung in die Vorrichtung eingestrahlt und am Umlenkspiegel in eine Richtung senkrecht dazu umgelenkt. Hier ist auch jeder andere Umlenkwinkel denkbar. Die Strahlrichtung, in die der Laserstrahl am Umlenkspiegel umgelenkt wird, rotiert dabei, da auch der Umlenkspiegel drehbar gelagert ist und im Betrieb der Vorrichtung rotiert. Befindet sich in der Vorrichtung beispielsweise ein zylinder- oder hohlzylinderförmiges Werkstück verläuft der Laserstrahl nach dem Umlenken durch den Umlenkspiegel beispielsweise senkrecht zu einer Symmetrieachse des zylinderförmigen Werkstücks. Hier trifft er auf den zweiten Ringspiegel und wird an diesem nach unten umgelenkt. In einem gewissen Abstand trifft er dann auf den ersten Ringspiegel, der ihn auf die äußere Oberfläche des umzuformenden bzw. zu erwärmenden Werkstückes umleitet. The laser beam is preferably radiated into the device, for example parallel to the longitudinal axis of the device, and deflected at a deflection direction in a direction perpendicular thereto. Here also every other deflection angle is conceivable. The beam direction, in which the laser beam is deflected at the deflection mirror, thereby rotates, as well as the deflection mirror is rotatably mounted and rotates during operation of the device. If, for example, a cylindrical or hollow-cylindrical workpiece is located in the device, the laser beam, after being deflected by the deflection mirror, for example, runs perpendicular to an axis of symmetry of the cylindrical workpiece. Here he meets the second ring mirror and is deflected at this down. At a certain distance, it then hits the first ring mirror, which redirects it to the outer surface of the workpiece to be reshaped or heated.
Um den umlaufenden Laserstrahl nicht zu stören oder zu behindern, ist die Haltevorrichtung vorzugsweise ausgebildet, um in einem Innenraum des Werkstücks angeordnet zu werden, so dass kein Kontakt der Haltevorrichtung mit einer äußeren Oberfläche des Werkstückes nötig ist. Dies ist natürlich nur bei Werkstücken möglich, die einen Innenraum aufweisen und beispielsweise hohlzylindrisch geformt sind. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der parallel zur äußeren Oberfläche verlaufende Laserstrahl nicht von einer Halterung des Werkstückes gestört, abgelenkt oder blockiert wird. Die Haltevorrichtung kann insbesondere über eine Mehrzahl von Klemmelementen verfügen, die beispielsweise konzentrisch an einer Achse angeordnet sind. Die Klemmelemente lassen sich nach außen verschieben und können somit auf die Innenseite eines Hohlzylinders einen Druck aufbauen, der dafür sorgt, dass die Haltevorrichtung bzw. die Klemmelemente relativ zum Hohlzylinder nicht mehr verschoben werden können, sondern sich im Innenraum des Hohlzylinders einklemmen. In order not to disturb or hinder the circulating laser beam, the holding device is preferably designed to be in an interior of the Workpiece to be arranged so that no contact of the holding device with an outer surface of the workpiece is necessary. Of course, this is only possible with workpieces that have an interior and, for example, are shaped like a hollow cylinder. In this way it can be ensured that the parallel to the outer surface extending laser beam is not disturbed by a holder of the workpiece, deflected or blocked. The holding device may in particular have a plurality of clamping elements, which are arranged for example concentrically on an axis. The clamping elements can be displaced outwards and can thus build on the inside of a hollow cylinder pressure, which ensures that the holding device or the clamping elements can not be moved relative to the hollow cylinder, but pinch in the interior of the hollow cylinder.
Alternativ dazu ist natürlich auch eine Haltevorrichtung denkbar, die an einer äußeren Oberfläche des Werkstückes angreift und es so festhält. In diesem Fall müssen gegebenenfalls Teile der Haltevorrichtung mit Spiegelanordnungen oder Umlenkanordnungen für den Laserstrahl ausgerüstet sein, um ein Blockierung oder Umlenken des Laserstrahls durch die Haltevorrichtung zu verhindern. Der Laserstrahl wird dann um die Anteile der Haltevorrichtung herum geleitet. Alternatively, of course, a holding device is conceivable that engages an outer surface of the workpiece and holds it so. In this case, if necessary, parts of the holding device must be equipped with mirror arrangements or deflecting arrangements for the laser beam in order to prevent blocking or deflection of the laser beam by the holding device. The laser beam is then passed around the portions of the fixture.
Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung derart ausgebildet, dass das Werkstück nichtdrehend lagerbar ist. Insbesondere wenn beispielsweise große zylindrische oder hohlzylindrische Glaskörper miteinander verbunden werden sollen, können diese aufrecht also vertikal oder im Wesentlichen vertikal stehend gelagert sein. Damit müssen die Werkstücke nicht mehr rotierend gelagert sein, um dem Einfluss der Schwerkraft auf das Erwärmte und damit weiche und leicht formbare Glasmaterial entgegen zu wirken. Ein Zerfließen des Materials, wie es bei einer horizontalen Lagerung im Stand der Technik beschrieben ist, ist damit ausgeschlossen und muss nicht durch eine Rotation der Werkstücke ausgeglichen werden. Insbesondere bei großen und schweren Werkstücken wird dadurch zum einen das Handling vereinfacht, da diese Werkstücke nun nicht mehr gedreht werden müssen, zum anderen kann die Vorrichtung dadurch baulich kleiner und kompakter und letztendlich kostengünstiger hergestellt werden. Preferably, the holding device is designed such that the workpiece is non-rotating storable. In particular, if, for example, large cylindrical or hollow-cylindrical glass bodies are to be connected to one another, then they can be supported upright vertically or substantially vertically. As a result, the workpieces no longer have to be mounted in a rotating manner in order to counteract the influence of gravity on the heated and thus soft and easily moldable glass material. A flow of the material, as described in a horizontal storage in the prior art, is thus excluded and must can not be compensated by a rotation of the workpieces. In particular, for large and heavy workpieces on the one hand the handling is simplified because these workpieces now no longer need to be rotated, on the other hand, the device can be structurally smaller and more compact and ultimately produced more cost-effectively.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der erste Umlenkspiegel ein halbdurchlässiger Spiegel ist. Vorzugsweise ist ein zweiter Umlenkspiegel vorgesehen, der derart angeordnet ist, dass ein vom ersten Umlenkspiegel nicht umgelenkter Anteil eines Laserstrahls auf den zweiten Umlenkspiegel trifft. Im Betrieb einer Vorrichtung könnte dies beispielsweise erreichen, dass ein Teil des Laserstrahls am ersten Umlenkspiegel umgelenkt und dem wenigstens einen Ringspiegel zugeführt wird. Dieser Teil des Laserstrahls wird auf die Außenseite bzw. eine äußere Oberfläche des zu erwärmenden Werkstückes geleitet. Ein zweiter Teil des Laserstrahls wird vom halbdurchlässigen Umlenkspiegel nicht umgeleitet. Dieser trifft in einem gewissen Abstand auf einen zweiten Umlenkspiegel und wird von diesem umgelenkt. Befindet sich in der Vorrichtung beispielsweise ein hohlzylindrisches Werkstück, befindet sich der zweite Umlenkspiegel vorteilhafterweise im Hohlraum dieses hohlzylindrischen Werkstückes. Damit ist es möglich, den zweiten Teil des Laserstrahls, der vom ersten Umlenkspiegel nicht abgelenkt wurde, auch einen Bereich der inneren Oberfläche des hohlzylindrischen Werkstückes auftreffen zu lassen. Über eine geeignete Wahl der Abstände ist es möglich, dass sich der Bereich der äußeren Oberfläche und der Bereich der inneren Oberfläche, in dem die beiden Anteile des Laserstrahls auftreffen, einander direkt gegenüber liegen, so dass es hier über die Wandstärke des hohlzylindrischen Werkstückes hinweg zu einer nahezu homogenen Erwärmung kommen kann. Insbesondere bei Werkstücken mit großer Wandstärke sind dieses Vorgehen und diese Ausgestaltung der Vorrichtung sinnvoll. It has proven to be particularly advantageous if the first deflecting mirror is a semipermeable mirror. Preferably, a second deflection mirror is provided, which is arranged such that a portion of a laser beam not deflected by the first deflection mirror strikes the second deflection mirror. During operation of a device, this could, for example, achieve that part of the laser beam is deflected at the first deflecting mirror and fed to the at least one annular mirror. This part of the laser beam is directed to the outside or an outer surface of the workpiece to be heated. A second part of the laser beam is not redirected by the semitransparent deflection mirror. This meets at a certain distance on a second deflection mirror and is deflected by this. If, for example, a hollow cylindrical workpiece is located in the device, the second deflection mirror is advantageously located in the hollow space of this hollow cylindrical workpiece. This makes it possible to make the second part of the laser beam, which was not deflected by the first deflecting mirror, also strike a region of the inner surface of the hollow cylindrical workpiece. By means of a suitable choice of the distances, it is possible for the area of the outer surface and the area of the inner surface in which the two portions of the laser beam impinge to lie directly opposite one another, so that it extends beyond the wall thickness of the hollow cylindrical workpiece a nearly homogeneous heating can occur. Especially with workpieces with a large wall thickness, this procedure and this embodiment of the device makes sense.
Auch der zweite Umlenkspiegel ist um die Rotationsachse drehbar gela- gert, so dass auch der Bereich der inneren Oberfläche des Werkstücks, auf den der zweite Teil des Laserstrahls auftrifft, rotiert. Damit ist gewährleistet, dass auch über den Umfang der inneren Oberfläche eine nahezu homogene Erwärmung des zu erwärmenden Bauteils erreicht wird. The second deflecting mirror is also rotatable about the axis of rotation. so that also the area of the inner surface of the workpiece, on which the second part of the laser beam impinges, rotates. This ensures that an almost homogeneous heating of the component to be heated is achieved even over the circumference of the inner surface.
Vorzugsweise ist der erste Umlenkspiegel und der zweite Umlenkspiegel miteinander über eine Welle verbunden. Damit lässt sich auch besonders einfache konstruktive Weise gewährleisten, dass die Rotationsgeschwindigkeit der beiden Umlenkspiegel identisch ist. An dieser Welle können beispielsweise auch die Klemmelemente der Haltevorrichtung angeordnet sein, die von innen an das Werkstück angreifen können und es so festhalten. Dabei können die Klemmelemente beispielsweise an einem gemeinsamen Lagerelement angeordnet sein, das sich an der Welle befindet. Die Welle ist in diesem Fall relativ zum Lagerelement drehbar ausgestaltet, so dass das Lagerelement selbst relativ zum Rest der Vorrichtung und auch relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück in Ruhe bleiben kann, also nicht mit der Welle mitdrehen muss. Damit kann erreicht werden, dass es zu einer Klemmwirkung der Klemmelemente von innen am Werkstück kommt und dennoch die Welle mit dem sich daran befindlichen zweiten Umlenkspiegel rotieren kann, so dass der vom ersten Umlenkspiegel nicht umgelenkte Anteil des Laserstrahls einen umlaufenden Anteil der inneren Oberfläche des Werkstückes bestrahlt. Preferably, the first deflecting mirror and the second deflecting mirror are connected to each other via a shaft. This makes it possible to ensure a particularly simple constructive manner that the rotational speed of the two deflecting mirrors is identical. On this shaft, for example, the clamping elements of the holding device can be arranged, which can attack from the inside to the workpiece and hold it so. The clamping elements may be arranged for example on a common bearing element, which is located on the shaft. The shaft is rotatably configured in this case relative to the bearing element, so that the bearing element itself can remain at rest relative to the rest of the device and also relative to a workpiece to be machined, so do not have to rotate with the shaft. This can be achieved that it comes to a clamping action of the clamping elements from the inside of the workpiece and yet the shaft can rotate with the second deflecting mirror located thereon so that the portion of the laser beam not deflected by the first deflecting mirror has a peripheral portion of the inner surface of the workpiece irradiated.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Temperatursensor, beispielsweise ein Pyrometer, zum Bestimmen einer Oberflächentemperatur des Werkstückes und die Vorrichtung umfasst zudem einen Laser zum Einstrahlen eines Laserstrahls in die Strahlleitvorrichtung und eine Steuereinheit, die beispielsweise elektrisch oder elektronisch ausgebildet und eingerichtet ist, eine von dem Laser abgestrahlte Laserleistung zu regeln. Dadurch, dass der Laserstrahl auf einen Bereich der äußeren Oberfläche des Werkstückes auftrifft, ist die Messung der Temperatur in diesem Bereich direkt von außen auf konstruktiv sehr einfache Weise möglich. Über den Vergleich der gemessenen Temperaturwerte mit einer vorher vorgegebenen Temperatursollkurve kann die abgestellte Laserleistung des Laserstrahls, der in die Strahlleitvorrichtung eingestrahlt wird, geregelt werden. Ein Sensor kann auch alternativ zu dem zweiten Umlenkspiegel so angeordnet werden, dass der vom ersten Umlenkspiegel nicht umgelenkte Strahlanteil auf den Sensor trifft und so zum Monitoring des Prozesses verwendet werden kann. Dann kann es vorteilhaft sein, wenn der überwiegende Anteil der Leistung des Laserstrahls, beispielsweise 90 %, vom ersten Umlenkspiegel umgelenkt wird. In one embodiment of the present invention, the device comprises a temperature sensor, for example a pyrometer, for determining a surface temperature of the workpiece, and the device additionally comprises a laser for irradiating a laser beam into the beam-guiding device and a control unit which is designed and set up, for example, electrically or electronically, to regulate a laser power emitted by the laser. The fact that the laser beam impinges on a region of the outer surface of the workpiece, the measurement of the temperature in this area directly from the outside to constructively very easy way possible. By comparing the measured temperature values with a previously predetermined temperature setpoint curve, the parked laser power of the laser beam which is radiated into the beam-guiding device can be regulated. A sensor can also be arranged as an alternative to the second deflecting mirror so that the beam portion not deflected by the first deflecting mirror strikes the sensor and can thus be used to monitor the process. Then it may be advantageous if the majority of the power of the laser beam, for example 90%, is deflected by the first deflection mirror.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Kippwinkel des ersten und/oder zweiten Umlenkspiegels einstellbar. Damit ist auch der Winkel veränderbar, um den der Laserstrahl an dem jeweiligen Spiegel umgelenkt wird. So kann die Position geändert werden, an der der Laserstrahl auf die Oberfläche des Werkstückes auftrifft. Die Verstellung des Kippwinkels kann dabei beispielsweise durch einen feinen Stellmotor, gegebenenfalls sogar stufenlos, erfolgen, so dass die bestrahlte Fläche sehr genau eingestellt werden kann. Eine Veränderung des Kippwinkels führt jedoch im weiten Strahlengang zu Veränderungen. So ist dann gegebenenfalls nicht mehr gewährleistet, dass der Laserstrahl parallel zur Außenfläche des wenigstens einen Werkstücks zwischen den beiden Ringspiegeln verläuft oder noch senkrecht auf das Werkstück auftrifft. In a preferred embodiment, a tilt angle of the first and / or second deflection mirror is adjustable. Thus, the angle is changed by which the laser beam is deflected at the respective mirror. Thus, the position can be changed, at which the laser beam impinges on the surface of the workpiece. The adjustment of the tilt angle can be done, for example, by a fine servomotor, possibly even continuously, so that the irradiated surface can be set very accurately. However, a change in the tilt angle leads to changes in the wide beam path. In that case, it may then no longer be ensured that the laser beam runs parallel to the outer surface of the at least one workpiece between the two annular mirrors or still impinges perpendicularly on the workpiece.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bearbeiten des wenigstens einen Werkstücks zeichnet sich durch die Schritte aus, a) Umlenken des Laserstrahls durch einen ersten um eine Rotationsachse rotierenden Umlenkspiegel und A method according to the invention for machining the at least one workpiece is characterized by the steps of a) deflecting the laser beam through a first deflection mirror rotating about a rotation axis and
b) Umleiten des umgelenkten Laserstrahls durch wenigstens einen Ringspiegel, so dass der Laserstrahl auf einen Bereich einer äußeren Oberfläche des wenigstens einen Werkstücks trifft. Erfindungsgemäß wird der umgelenkte Laserstrahl durch zwei Ringspiegel umgeleitet. b) redirecting the deflected laser beam through at least one annular mirror so that the laser beam strikes a portion of an outer surface of the at least one workpiece. According to the invention, the deflected laser beam is diverted through two annular mirrors.
Als vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, dass nur ein Teil des Laserstrahls durch den ersten Umlenkspiegel umgelenkt wird. Der verbleibende Teil wird dann vorzugsweise durch einen zweiten Umlenkspiegel derart umgelenkt, dass er auf einen Bereich der inneren Oberfläche des wenigstens einen Werkstücks trifft. Alternativ kann der verbleibende Teil auch auf einen Sensor gelenkt werden, der beispielsweise die in die Strahlleitvorrichtung eingestrahlte Laserleistung, beziehungsweise die Leistung des verbleibenden Teils misst. Diese Information kann zum Monitoring des Verfahrens verwendet werden. Vorzugsweise rotieren der erste Umlenkspiegel und der zweite Umlenkspiegel mit der gleichen Drehzahl und in die gleiche Richtung. Dies lässt sich, wie bereits dargelegt, besonders einfach realisieren, indem beide Spiegel über eine gemeinsame Welle miteinander verbunden sind. It has proven to be advantageous that only a part of the laser beam is deflected by the first deflection mirror. The remaining part is then preferably deflected by a second deflection mirror such that it strikes a region of the inner surface of the at least one workpiece. Alternatively, the remaining part can also be directed to a sensor which, for example, measures the laser power irradiated into the beam guiding device, or the power of the remaining part. This information can be used to monitor the process. Preferably, the first deflecting mirror and the second deflecting mirror rotate at the same speed and in the same direction. This can, as already stated, particularly easy to implement by both mirrors are connected to each other via a common shaft.
Das Verfahren ist vorteilhafterweise ein Verfahren zum Fügen eines ersten Werkstückes und eines zweiten Werkstückes, wobei das wenigstens eine erste Werkstück einen zu fügenden Bereich aufweist, der aus einem Glas bestehen kann, und der Laserstrahl auf den zu fügenden Bereich der Werkstücke trifft. Derartige Fügeverfahren sind beispielsweise bei der Herstellung von Glasrohrelementen für Solarkraftwerke einsetzbar. Dabei werden zunächst zwei kurze Glasrohrelemente mit je einem Metallring an einem äußeren Ende versehen, an dem später weitere Bauteile angeordnet werden können. Anschließend werden diese beiden Glaselemente auf jeweils ein Ende eines langen Glasrohres, das beispielsweise vier Meter lang sein kann, aufgesetzt. Dies kann beispielsweise mit einem hier beschriebenen Fügeverfahren geschehen. Vorteilhaft dabei ist, dass aufgrund des relativ geringen Durchmessers dieser Rohre, der beispielsweise 125 mm betragen kann, auch bei horizontaler Einspannung bzw. Halterung der zu verbindenden Glaswerkstücke eine Rotation der Werkstücke nicht notwendig ist, da der Einfluss der Schwerkraft hier nicht ausreicht, eine Verformung außerhalb der Toleranzbereiche hervorzurufen. Über die sehr einfache Temperaturüberwachung an der Außenseite der Glasrohre lässt sich die Temperatur sehr genau messen, so dass der Prozess durch einen Abgleich mit einer gewünschten Temperatur und einer entsprechenden Steuereinheit gut geregelt werden kann. Auf diese Weise kommt es zu einer schnellen und energieeffizienten Verbindung der verschiedenen Glasbauteile. Zudem muss dadurch, dass der Laserstrahl von außen auf die Werkstücke auftrifft, kein Umlenkspiegel, der insbesondere rotierbar ist, im engem Innenraum des Werkstückes angeordnet werden. Dadurch werden zum einen die Bestückzeiten reduziert und zum anderen die Vorrichtung konstruktiv einfacher und weniger fehleranfällig ausführbar. The method is advantageously a method for joining a first workpiece and a second workpiece, wherein the at least one first workpiece has an area to be joined, which may consist of a glass, and the laser beam strikes the area to be joined of the workpieces. Such joining methods can be used, for example, in the production of glass tube elements for solar power plants. In this case, two short glass tube elements are initially provided with one metal ring at an outer end, on which later further components can be arranged. Subsequently, these two glass elements are placed on one end of a long glass tube, which may be four meters long, for example. This can be done for example with a joining method described here. The advantage here is that due to the relatively small diameter of these tubes, which may be 125 mm, for example, even with horizontal clamping or mounting of the glass workpieces to be joined, a rotation of the workpieces is not necessary, since the influence of gravity is not sufficient here to cause a deformation outside the tolerance ranges. Thanks to the very simple temperature monitoring on the outside of the glass tubes, the temperature can be measured very accurately, so that the process can be well controlled by balancing with a desired temperature and a corresponding control unit. In this way, there is a fast and energy-efficient connection of the various glass components. In addition, the fact that the laser beam impinges on the workpieces from the outside, no deflecting mirror, which is in particular rotatable, must be placed in the narrow interior of the workpiece. As a result, on the one hand reduces the placement times and on the other hand, the device structurally simple and less error-prone executable.
Alternativ lässt sich das Verfahren auch zum Verbinden größerer Bauteile, beispielsweise Glaszylinder mit einem Durchmesser von einem Meter, verwenden. Diese können aufgrund ihrer Standfestigkeit vertikal gelagert werden, so dass auch hier eine Rotation, die insbesondere bei diesen schweren und großen Elementen sehr schwierig zu handhaben wäre, vermieden wird. Daher ist es vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Werkstück vertikal gelagert werden kann. Natürlich können die Werkstücke auch horizontal oder in jeder anderen Orientierung gelagert werden. Dies stellt gegebenenfalls besondere Anforderungen an die jeweilige Haltevorrichtung. Alternatively, the method can also be used for connecting larger components, for example glass cylinders with a diameter of one meter. These can be stored vertically due to their stability, so that even here a rotation that would be very difficult to handle, especially in these heavy and large elements is avoided. Therefore, it is advantageous if the at least one workpiece can be stored vertically. Of course, the workpieces can also be stored horizontally or in any other orientation. This may make special demands on the respective holding device.
Erfindungsgemäß umfasst eine Glasröhre für Sonnenröhrenkollektoren wenigstens zwei Glasteilröhren, die mit einem der oben genannten Verfahren gefügt wurden. Dadurch wird im Vergleich zu einer Benutzung beispielsweise eines Gasbrenners zum Erwärmen der zu fügenden Bauteile eine chemische Veränderung der Bauteile wirksam verhindert. Werden die zu fügenden Bauteile mit einem Brenner, beispielsweise einem Gasbrenner erwärmt, lässt sich nicht sicher ausschließen, dass auch nicht gewünschte Bestandteile enthalten sind, die sich an den zu erwärmenden Oberflächen der Bauteile anhaften und diese sich chemisch verändern. Dieses schlägt sich in Materialspannungen und möglicherweise geringerer Bruchfestigkeit nieder. Werden die Glasröhren jedoch mit einem hier beschriebenen Verfahren gefügt, lassen sich diese Nachteile wirksam ver- hindern. According to the invention, a glass tube for solar tube collectors comprises at least two glass partial tubes which have been joined by one of the above-mentioned methods. Characterized a chemical change of the components is effectively prevented compared to a use, for example, a gas burner for heating the components to be joined. If the components to be joined are heated with a burner, for example a gas burner, it can not be reliably ruled out that undesirable components are also contained which adhere to the components to be heated Adhere surfaces of the components and these change chemically. This is reflected in material stresses and possibly lower breaking strength. However, if the glass tubes are joined by a method described here, these disadvantages can be effectively prevented.
Anhand von Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt With reference to drawings, an embodiment of the present invention will be explained in more detail below. It shows
Figur 1 - eine Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer schematischen 3-D-Ansicht, FIG. 1 shows a device according to a first exemplary embodiment of the present invention in a schematic 3-D view,
Figur 2 - die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung aus einer anderen Figure 2 - the device shown in Figure 1 from another
Perspektive,  Perspective,
Figur 3 - die Vorrichtung aus Figuren 1 und 2 in einer schematischen Querschnittsdarstellung, FIG. 3 shows the device from FIGS. 1 and 2 in a schematic cross-sectional representation,
Figur 4 - eine Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer schematischen 3D-Ansicht, FIG. 4 shows a device according to a second exemplary embodiment of the present invention in a schematic 3D view,
Figur 5 - die Vorrichtung aus Figur 4 aus einer anderen Perspektive und Figure 5 - the device of Figure 4 from another perspective and
Figur 6 - die Vorrichtung gemäß den Figuren 4 und 5 in einer schematischen Schnittansicht. Figure 6 - the device according to Figures 4 and 5 in a schematic sectional view.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in schematischen SD- Darstellungen aus verschiedenen Perspektiven. Ein Laserstrahl 2 wird von oben in die Vorrichtung eingeführt. Er trifft auf einen ersten Umlenkspiegel 6. Dieser steht im gezeigten Ausführungsbeispiel im 45°-Winkel zur Einfallsrichtung des Laserstrahls 2, so dass der Laserstrahl 2 vom ersten Umlenkspiegel 6 um 90°umgelenkt wird. Der erste Umlenkspiegel 6 ist dabei um eine Rotationsachse drehbar gelagert, die im in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Einfallsrichtung des Laserstrahls 2 zusam- menfällt. Figures 1 and 2 show a device according to a first embodiment of the present invention in schematic SD representations from different perspectives. A laser beam 2 is introduced from above into the device. He meets a first deflection mirror 6. This is in the illustrated embodiment at a 45 ° angle to the direction of incidence of the laser beam 2, so that the laser beam 2 is deflected by the first deflection mirror 6 by 90 °. The first deflecting mirror 6 is rotatably mounted about an axis of rotation which, in the exemplary embodiment shown in the figures, is combined with the direction of incidence of the laser beam 2. menfällt.
Nachdem der Laserstrahl 2 vom ersten Umlenkspiegel 6 umgelenkt wurde, trifft er auf den zweiten Ringspiegel 8, von dem er in den Figuren nach unten umgelenkt wird. Der zweite Ringspiegel 8 ist dabei so ausgebildet, dass die Umlenkung des Laserstrahls 2 erneut um 90°erfolgt. After the laser beam 2 has been deflected by the first deflecting mirror 6, it strikes the second annular mirror 8, from which it is deflected downwards in the figures. The second annular mirror 8 is designed so that the deflection of the laser beam 2 is again by 90 °.
Wird nun der erste Umlenkspiegel 6 in Rotation versetzt, läuft auch der reflektierte Laserstrahl 2 kreisförmig um. Er trifft jedoch immer auf den zweiten Ringspiegel 8, so dass er immer reflektiert wird. Danach trifft er in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf den ersten Ringspiegel 10, und wird von dort wieder abgelenkt. If now the first deflecting mirror 6 is set in rotation, the reflected laser beam 2 also circulates in a circle. However, he always hits the second ring mirror 8 so that it is always reflected. Thereafter, in the embodiment shown, it strikes the first ring mirror 10, and is deflected from there again.
In den Figuren 1 und 2 sind schematisch ein erstes Werkstück 12 und ein zweites Werkstück 14 dargestellt, die beispielsweise aus Glas bestehen können und im gezeigten Ausführungsbeispiel miteinander gefügt werden sollen. Dazu sind sie aneinander angeordnet. Der Kontaktbereich, in dem das erste Werkstück 12 mit dem zweiten Werkstück 14 in Kontakt kommt, wird nun durch den Laserstrahl 2, der vom ersten Ringspiegel 10 umgelenkt wurde, erwärmt. Dadurch, dass der erste Umlenkspiegel 6 rotiert, rotiert auch der Auftreffpunkt, an dem der Laserstrahl 2 auf den Verbindungsbereich zwischen dem ersten Wirkstück 12 und dem zweiten Werkstück 14 trifft, und läuft um den Umfang der Werkstücke 12, 14 um. Durch die hohen Drehzahlen kommt es zu einer nahezu homogenen Erwärmung des Fügebereichs. FIGS. 1 and 2 schematically show a first workpiece 12 and a second workpiece 14, which may be made of glass, for example, and which are to be joined together in the exemplary embodiment shown. For this they are arranged together. The contact region in which the first workpiece 12 comes into contact with the second workpiece 14 is now heated by the laser beam 2, which was deflected by the first annular mirror 10. Due to the fact that the first deflecting mirror 6 rotates, the point of impact at which the laser beam 2 strikes the connecting area between the first operative piece 12 and the second workpiece 14 also rotates, and runs around the circumference of the workpieces 12, 14. Due to the high speeds, there is a nearly homogeneous heating of the joining area.
Bei dem Umlenken des Laserstrahls 2 am ersten Ringspiegel 10 und am zweiten Ringspiegel 8 kommt es zu einer Verzerrung des Laserspots. Beide Ringspiegel 8, 10 verfügen über gekrümmte Oberflächen, an denen der Laser reflektiert wird. Dies ist jedoch nur in Umfangsrichtung der Ringspiegel 8, 10 der Fall. In einer Richtung senkrecht zu dieser Richtung findet keine Verzerrung statt. Um den Fügebereich des ersten Werkstücks 12 und des zweiten Werkstücks 14 möglichst homogen zu erwärmen, wird der erste Umlenkspiegel 6 mit einer relativ hohen Drehzahl von beispielsweise 1000 Umdrehungen pro Minute, gedreht. Die Erwärmung findet somit nahezu unabhängig von der tatsächlichen Form des Spots des eingestrahlten Laserstrahls 2 in der Umfangsrichtung statt. Die durch den ersten Ringspiegel 10 und den zweiten Ringspiegel 8 hervorgerufene Verzerrung des Laserstrahls 2 in dieser Richtung hat folglich keinen nennenswerten Einfluss. Die Vorrichtung ist somit insbesondere für Verfahren geeignet, bei denen es auf eine homogene Erwärmung des gesamten Umfanges des zu bearbeitenden Werkstückes ankommt. When the laser beam 2 is deflected at the first ring mirror 10 and at the second ring mirror 8, the laser spot is distorted. Both ring mirrors 8, 10 have curved surfaces on which the laser is reflected. However, this is the case only in the circumferential direction of the ring mirrors 8, 10. In a direction perpendicular to this direction no distortion takes place. Around the joining area of the first workpiece 12 and the second workpiece 14 to heat as homogeneously as possible, the first deflecting mirror 6 is rotated at a relatively high speed of, for example, 1000 revolutions per minute. The heating thus takes place almost independently of the actual shape of the spot of the irradiated laser beam 2 in the circumferential direction. The distortion of the laser beam 2 in this direction caused by the first ring mirror 10 and the second ring mirror 8 consequently has no appreciable influence. The device is therefore particularly suitable for methods in which it depends on a homogeneous heating of the entire circumference of the workpiece to be machined.
Figur 3 zeigt die bereits gezeigte Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung. Man erkennt den von oben in die Vorrichtung eintretenden Laserstrahls 2, der vom ersten Umlenkspiegel 6 abgelenkt wird. Anschließend trifft der Laserstrahl zunächst auf den zweiten Ringspiegel 8 und anschließend auf den ersten Ringspiegel 10, bevor er auf den Fügebereich zwischen dem ersten Werkstück 12 und dem zweiten Werkstück 14 auftrifft. Man erkennt in Figur 3 deutlich, dass eine Veränderung des Kippwinkels des ersten Umlenkspiegels 6 eine Verschiebung des gesamten folgenden Strahlengangs des Laserstrahls 2 zur Folge hat. Sofern eine Veränderung des Kippwinkels nur in sehr geringem Ausmaß erfolgt, kann dadurch die Position des Laserstrahls 2 auf den zu fügenden Werkstücken 12, 14 sehr genau eingestellt werden. Sofern die Kippwinkelverstellung einen kritischen Wert überschreitet, trifft der Laserstrahl 2 nach dem Umlenken auf den ersten Umlenkspiegel 6 nicht mehr auf den zweiten Ringspiegel 8 oder danach auf den ersten Ringspiegel 10, so dass es nicht zu einer Erwärmung des ersten Werkstücks 12 bzw. des zweiten Werkstücks 14 kommt. Soll der Bereich, in dem der Laserstrahl auf die zu fügenden Werkstücke 12, 14 trifft, um einen größeren Betrag verschoben werden, ist es sinnvoll, den ersten Ringspiegel 10 verschieblich auszubilden. Er kann dann insbesondere in einer Richtung parallel zur Symmetrieachse der gezeigten Werkstücke 12, 14, in den Figuren 1 bis 3 also nach oben oder unten, verschoben werden. Figure 3 shows the device already shown in a schematic sectional view. It can be seen the laser beam 2 entering from above into the device, which is deflected by the first deflection mirror 6. Subsequently, the laser beam strikes first on the second annular mirror 8 and then on the first annular mirror 10 before it impinges on the joining region between the first workpiece 12 and the second workpiece 14. It can be seen clearly in FIG. 3 that a change in the tilting angle of the first deflecting mirror 6 results in a displacement of the entire following beam path of the laser beam 2. If a change in the tilt angle takes place only to a very limited extent, the position of the laser beam 2 on the workpieces 12, 14 to be joined can thereby be set very precisely. If the tilt angle adjustment exceeds a critical value, the laser beam 2 no longer strikes the second annular mirror 8 or the first annular mirror 10 after deflecting onto the first deflecting mirror 6, so that heating of the first workpiece 12 and of the second Workpiece 14 is coming. If the region in which the laser beam strikes the workpieces 12, 14 to be joined is displaced by a greater amount, it makes sense to make the first annular mirror 10 displaceable. It can then in particular in a direction parallel to the axis of symmetry of the workpieces 12, 14 shown, in the figures 1 to 3 so up or down, be moved.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer schematischen SD- Ansicht aus verschiedenen Perspektiven. Man erkennt wieder den von oben in die Vorrichtung eingestrahlten Laserstrahl 2, der vom ersten Umlenkspiegel 6 zumindest teilweise umgelenkt wird. Der Anteil des Laserstrahls 2, der vom ersten Umlenkspiegel 6 umgelenkt wird, trifft, wie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt, zunächst auf den zweiten Ringspiegel 8, von dem er auf den ersten Ringspiegel 10 reflektiert wird. Figures 4 and 5 show a device according to a second embodiment of the present invention in a schematic SD view from different perspectives. It can be seen again the incident from the top of the device laser beam 2, which is at least partially deflected by the first deflection mirror 6. The portion of the laser beam 2 which is deflected by the first deflection mirror 6, as shown in Figures 1 to 3, first encounters the second annular mirror 8, from which it is reflected on the first annular mirror 10.
Auch hier ist ein erstes Werkstück 12 und ein zweites Werkstück 14 vorgesehen, die miteinander gefügt werden sollen und dafür übereinander angeordnet sind. Again, a first workpiece 12 and a second workpiece 14 are provided, which are to be joined together and are arranged one above the other.
Der Teil des Laserstrahls 2, der vom ersten Umlenkspiegel 6 umgelenkt wurde, trifft nach dem Auftreffen auf den ersten Ringspiegel 10 auf den Fügebereich zwischen dem ersten Werkstück 12 und dem zweiten Werkstück 14 und erwärmt diese so. Durch das Rotieren des ersten Umlenkspiegels 6 läuft der Auftreffpunkt über den Umfang der beiden Werkstücke 12, 14 um und erwärmt den Umfangsbereich so nahezu homogen. The part of the laser beam 2 which has been deflected by the first deflecting mirror 6 strikes the joining region between the first workpiece 12 and the second workpiece 14 after impinging on the first annular mirror 10 and heats the latter. As a result of the rotation of the first deflection mirror 6, the impact point runs over the circumference of the two workpieces 12, 14 and thus heats the peripheral region almost homogeneously.
Anders als in den Figuren 1 bis 3 gezeigt, ist der erste Umlenkspiegel 6 in den Figuren 4 und 5 als halbdurchlässiger Spiegel ausgebildet, so dass ein Teilstrahl 16 den ersten Umlenkspiegel 6 passiert, ohne von ihm umgelenkt zu werden. Sowohl das erste Werkstück 12 als auch das zweite Werkstück 14 sind als hohlzylindrische Werkstücke ausgebildet. Der Teilstrahl 16 läuft nun von oben in die Werkstücke 12, 14 ein und trifft dort auf einen zweiten Umlenkspiegel 18. Dieser ist über eine Welle 20 mit dem ersten Umlenkspiegel 6 verbunden und somit mit diesem gemeinsam drehbar. Der Teilstrahl 16 wird vom zweiten Umlenkspiegel 18 umgelenkt und trifft nun von innen auf den Fügebereich zwischen dem ersten Werk- stück 12 und dem zweiten Werkstück 14. Damit ist eine noch homogenere Erwärmung insbesondere in radialer Richtung der Werkstücke 12, 14 gewährleistet. Alternativ zu einem zweiten Umlenkspiegel 18 könnte an dieser Stelle beispielsweise auch ein Sensor angeordnet sein, der beispielsweise die auf ihn treffende Laserleistung bestimmt, die zur Überwachung, Steuerung und/oder Regelung des Verfahrens verwendet werden kann. Zu diesem Zweck kann es sinnvoll sein, wenn der als halbdurchlässiger Spiegel ausgebildete erste Umlenkspiegel 6 lediglich einen geringen Teil, beispielsweise 5 % oder 10 % der auf ihn treffenden Laserleistung durchläset und den weit überwiegenden restlichen Anteil umlenkt. Unlike in FIGS. 1 to 3, the first deflecting mirror 6 in FIGS. 4 and 5 is designed as a semitransparent mirror so that a partial beam 16 passes through the first deflecting mirror 6 without being deflected by it. Both the first workpiece 12 and the second workpiece 14 are formed as hollow cylindrical workpieces. The partial beam 16 now runs from above into the workpieces 12, 14 and meets there on a second deflection mirror 18. This is connected via a shaft 20 with the first deflection mirror 6 and thus rotatable together with this. The partial beam 16 is deflected by the second deflecting mirror 18 and now hits from the inside to the joining region between the first workpiece piece 12 and the second workpiece 14. This ensures even more homogeneous heating, in particular in the radial direction of the workpieces 12, 14. As an alternative to a second deflection mirror 18, a sensor could also be arranged at this point, for example, which determines, for example, the laser power striking it which can be used to monitor, control and / or regulate the method. For this purpose, it may be useful if the trained as a semitransparent mirror first deflecting mirror 6 only a small part, for example, 5% or 10% of the laser power impinging on it durchläset and deflects the vast majority remaining.
In den Figuren 4 und 5 ist deutlich zu erkennen, dass das erste Werkstück 12 und das zweite Werkstück 14 sich beim Fügeverfahren nicht drehen. Das in den Figuren unten angeordnete zweite Werkstück 14 kann dabei beispielsweise auf einer Basisplatte 22 stehend angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ dazu ist eine Haltevorrichtung 24 vorgesehen, die in Figur 5 durch den ersten Ringspiegel 10 verdeckt ist. Diese Haltevorrichtung 24 ist in diesem speziellen Anwendungsfall an der Welle 20 angeordnet, an der sowohl der erste Umlenkspiegel 6 als auch der zweite Umlenkspiegel 18 angeordnet sind, und die sich im Betrieb der Vorrichtung dreht. Die Haltevorrichtung 24 ist dabei jedoch so angeordnet, dass sie an der Welle 20 beispielsweise gleitend gelagert ist, so dass sich die Haltevorrichtung 24 mit der Welle 20 nicht mitdreht. Die Haltevorrichtung 24 verfügt in dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel über drei Stützelemente 26, die sich von einem die Welle 20 umgebenden Ring 28 zum jeweiligen Werkstück 12, 14 erstrecken. Der Ring 28 ist dabei gleitend an der Welle 20 gelagert, so dass sich die Welle 20 relativ zu dem Ring 28 drehen kann. Die Stützelemente 26 können beispielsweise hydraulisch von innen an die innere Oberfläche des jeweiligen Werkstückes 12, 14 angedrückt werden. So lange die dadurch erzeugte Reibungskraft größer ist als die zwischen der Welle 20 und dem Ring 28 herrschenden Reibungskräfte, wird die Haltevorrichtung 24 nicht mit der Welle 20 mitge- dreht. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die zu verbindenden It can clearly be seen in FIGS. 4 and 5 that the first workpiece 12 and the second workpiece 14 do not rotate during the joining process. The arranged in the figures below second workpiece 14 may be arranged, for example, standing on a base plate 22. Additionally or alternatively, a holding device 24 is provided, which is covered by the first annular mirror 10 in FIG. In this special application, this holding device 24 is arranged on the shaft 20, on which both the first deflecting mirror 6 and the second deflecting mirror 18 are arranged, and which rotates during operation of the device. The holding device 24 is, however, arranged so that it is for example slidably mounted on the shaft 20, so that the holding device 24 does not rotate with the shaft 20. In the exemplary embodiment illustrated in the figures, the holding device 24 has three support elements 26, which extend from a ring 28 surrounding the shaft 20 to the respective workpiece 12, 14. The ring 28 is slidably mounted on the shaft 20 so that the shaft 20 can rotate relative to the ring 28. The support elements 26 can be pressed, for example, hydraulically from the inside to the inner surface of the respective workpiece 12, 14. As long as the frictional force generated thereby is greater than the frictional forces prevailing between the shaft 20 and the ring 28, the holding device 24 is not connected to the shaft 20. rotates. In this way it is guaranteed that the to be connected
Werkstücke 12, 14 sich relativ zum Standort der Vorrichtung und zum restlichen Aufbau der Vorrichtung nicht drehen, so dass hier das Handling der Anlage, insbesondere bei großen und schweren Werkstücken, deutlich vereinfacht wird und die Anlage baulich kleiner ausgestaltet werden kann. Die Haltevorrichtung 24 ist so ausgebildet, dass das von ihr gehaltene Werkstück 12, 14 nichtdrehend lagerbar ist, obwohl sich die Welle 20 mit den daran befestigten Umlenkspiegeln 6, 18 relativ zu den Werkstücke 12, 14 dreht. Workpieces 12, 14 do not rotate relative to the location of the device and the rest of the structure of the device, so that here the handling of the system, especially for large and heavy workpieces, is significantly simplified and the system can be designed structurally smaller. The holding device 24 is designed such that the workpiece 12, 14 held by it is non-rotatably storable, although the shaft 20 rotates with the deflecting mirrors 6, 18 attached thereto relative to the workpieces 12, 14.
Figur 6 zeigt die Vorrichtung aus den Figuren 4 und 5 in einer Schnittdarstellung. Man erkennt wieder, dass der eintretende Laserstrahl 2 durch den als halbdurchlässiger Spiegel ausgestalteten ersten Umlenkspiegel 6 aufgespalten wird. Der Teil des Laserstrahls 2, der umgelenkt wird, trifft auf den zweiten Ringspiegel 8, auf den ersten Ringspiegel 10 und anschließend auf die Fügestelle zwischen dem ersten Werkstück 12 und dem zweiten Werkstück 14. Er wird dabei außen am ersten Werkstück 12 vorbeigeleitet. Der Teilstrahl 16, der vom ersten Umlenkspiegel 6 nicht umgelenkt wird, tritt hingegen in das Innere des Werkstücks 12 ein und trifft dort auf den zweiten Umlenkspiegel 18, der über die Welle 20 mit dem ersten Umlenkspiegel 6 gekoppelt ist. In Figur 6 ist lediglich eine Haltevorrichtung 24 schematisch angedeutet, die einen Ring 28 aufweist, der gleitend an der Welle 20 gelagert ist und über Stützelemente 26 mit dem ersten Werkstück 12 verbunden ist. Somit ist gewährleistet, dass die FIG. 6 shows the device from FIGS. 4 and 5 in a sectional view. It can again be seen that the incoming laser beam 2 is split by the first deflecting mirror 6 configured as a semitransparent mirror. The part of the laser beam 2 which is deflected meets the second annular mirror 8, the first annular mirror 10 and then the joint between the first workpiece 12 and the second workpiece 14. It is guided past the first workpiece 12 on the outside. The partial beam 16, which is not deflected by the first deflection mirror 6, however, enters into the interior of the workpiece 12 and there meets the second deflection mirror 18, which is coupled via the shaft 20 with the first deflection mirror 6. In Figure 6, only a holding device 24 is schematically indicated, which has a ring 28 which is slidably mounted on the shaft 20 and is connected via support members 26 with the first workpiece 12. This ensures that the
Werkstücke 12, 14 sich relativ zum restlichen Aufbau, insbesondere zur Basisplatte 22 nicht bewegen. Workpieces 12, 14 do not move relative to the rest of the structure, in particular to the base plate 22.
In allen gezeigten Ausführungsformen ist eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung möglich, wenn ein Umlenken des Laserstrahls 2 an jedem Spiegel um exakt 90 Grad erfolgt. Natürlich sind auch andere Umlenkwinkel denkbar, die je nach konstruktivem Aufbau der Vorrichtung und der zu bearbeitenden Werkstücke sowie des jeweiligen Bearbeitungs- _ In all the embodiments shown, a particularly simple structural embodiment is possible if the laser beam 2 is deflected at each mirror by exactly 90 degrees. Of course, other deflection angles are conceivable, depending on the structural design of the device and the workpieces to be machined and the respective processing _
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Verfahrens sinnvoll und vorteilhaft sein können. Method can be useful and beneficial.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 Laserstrahl 2 laser beam
6 erster Umlenkspiegel 6 first deflection mirror
8 zweiter Ringspiegel8 second ring mirror
10 erster Ringspiegel10 first ring mirror
12 erstes Werkstück12 first workpiece
14 zweites Werkstück14 second workpiece
16 Teilstrahl 16 partial beam
18 zweiter Umlenkspiegel 18 second deflecting mirror
20 Welle 20 wave
22 Basisplatte  22 base plate
24 Haltevorrichtung 24 holding device
26 Stützelement 26 support element
28 Ring  28 ring
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Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks (12, 14), die eine Strahlleitvorrichtung zum Leiten eines in die Vorrichtung eingestrahlten Laserstrahls (2) umfasst, die einen ersten Umlenkspiegel (6) zum Umlenken des eingestrahlten Laserstrahls (2) umfasst, der um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlleitvorrichtung wenigstens einen ersten Ringspiegel (10) umfasst, der derart angeordnet ist, dass ein von dem ersten Umlenkspiegel (6) umgelenkter Laserstrahl (2) auf den wenigstens einen ersten Ringspiegel (10) trifft und reflektiert wird und dass die Vorrichtung einen zweiten Ringspiegel (8) umfasst, der so angeordnet ist, dass ein von dem ersten Umlenkspiegel (6) umgelenkter Laserstrahl (2) auf den zweiten Ringspiegel (8) und von dort auf den ersten Ringspiegel (10) reflektiert wird. Anspruch [en] A device for processing at least one workpiece (12, 14), which comprises a beam guiding device for guiding a laser beam (2) irradiated into the device, comprising a first deflecting mirror (6) for deflecting the incident laser beam (2) Is mounted rotatably axis of rotation, characterized in that the Strahlleitvorrichtung comprises at least a first annular mirror (10) which is arranged such that one of the first deflecting mirror (6) deflected laser beam (2) on the at least one first annular mirror (10) meets and is reflected and that the device comprises a second annular mirror (8) which is arranged so that one of the first deflecting mirror (6) deflected laser beam (2) on the second annular mirror (8) and from there to the first annular mirror (10) is reflected.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringspiegel (10) eine Mittelachse aufweist und derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er den in die Vorrichtung eingestrahlten Laserstrahl (2) in Richtung auf die Mittelachse reflektiert. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first annular mirror (10) has a central axis and is designed and arranged such that it reflects the irradiated into the device laser beam (2) in the direction of the central axis.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Haltevorrichtung (24) zum Halten des wenigstens einen Werkstückes (12, 14) umfasst. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the device comprises at least one holding device (24) for holding the at least one workpiece (12, 14).
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringspiegel (10) und/oder der zweite Ringspiegel (8) in Richtung einer Längsachse der Vorrichtung verschiebbar gelagert ist. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first annular mirror (10) and / or the second annular mirror (8) is displaceably mounted in the direction of a longitudinal axis of the device.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (24) ausgebildet ist, um in einem Innenraum des Werkstückes (12, 14) angeordnet zu werden, so dass kein Kontakt der Haltevorrichtung (24) mit einer äußeren Oberfläche des Werkstückes (12, 14) nötig ist. 6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (24) derart ausgebildet ist, dass das Werkstück (12, 14) nichtdrehend lagerbar ist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding device (24) is adapted to in an interior of the workpiece (12, 14) to be arranged so that no contact of the holding device (24) with an outer surface of the workpiece (12, 14) is necessary. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding device (24) is designed such that the workpiece (12, 14) is non-rotatably storable.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umlenkspiegel (6) ein halbdurchlässiger Spiegel ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first deflecting mirror (6) is a semipermeable mirror.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Umlenkspiegel (18) vorgesehen ist, der derart angeordnet ist, dass ein vom ersten Umlenkspiegel (6) nicht umgelenkter Anteil eines Laserstrahls (2) auf den zweiten Umlenkspiegel (18) trifft. 8. The device according to claim 7, characterized in that a second deflection mirror (18) is provided, which is arranged such that from the first deflection mirror (6) not deflected portion of a laser beam (2) on the second deflection mirror (18).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Umlenkspiegel (18) um die Rotationsachse drehbar gelagert ist. 9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the second deflecting mirror (18) is rotatably mounted about the axis of rotation.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umlenkspiegel (6) und der zweite Umlenkspiegel (18) über eine Welle (20) miteinander verbunden sind. 10. The device according to claim 9, characterized in that the first deflecting mirror (6) and the second deflecting mirror (18) via a shaft (20) are interconnected.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor zum Bestimmen einer Oberflächentemperatur des Werkstückes (12, 14), ein Laser zum Einstrahlen eines Laserstrahls (2) in die Strahlleitvorrichtung und ei- ne Steuereinheit vorgesehen sind, die eingerichtet ist, eine von dem11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature sensor for determining a surface temperature of the workpiece (12, 14), a laser for irradiating a laser beam (2) are provided in the Strahlleitvorrichtung and a ne control unit, which is established one of which
Laser abgestrahlte Laserleistung zu regeln. Laser radiated laser power to regulate.
12. Verfahren zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstückes (12, 14), bei dem wenigstens ein Laserstrahl (2) auf zumindest einen Bereich des zu bearbeitenden Werkstückes (12, 14) geleitet wird, 12. Method for processing at least one workpiece (12, 14), in which at least one laser beam (2) is directed to at least one region of the workpiece (12, 14) to be machined,
gekennzeichnet durch die Schritte:  characterized by the steps:
a) Umlenken des Laserstrahls (2) durch einen um eine Rotationsachse rotierenden ersten Umlenkspiegel (6),  a) deflecting the laser beam (2) by a first deflecting mirror (6) rotating about an axis of rotation,
b) Umleiten des umgelenkten Laserstrahls (2) durch wenigstens einen Ringspiegel (10), so dass der Laserstrahl (2) auf einen Bereich der äußeren Oberfläche des wenigstens einen Werk- Stücks (12, 14) trifft, wobei der Laserstrahl (2) durch zwei Ringspiegel (8, 10) umgelenkt wird.  b) redirecting the deflected laser beam (2) through at least one annular mirror (10) so that the laser beam (2) strikes a region of the outer surface of the at least one workpiece (12, 14), the laser beam (2) passing through two annular mirror (8, 10) is deflected.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil des Laserstrahls (2) durch den ersten Umlenkspiegel (6) um- gelenkt wird. 13. The method according to claim 12, characterized in that only a part of the laser beam (2) by the first deflection mirror (6) is deflected.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Laserstrahls (2), der nicht von dem ersten Umlenkspiegel (6) umgelenkt wird, durch einen zweiten Umlenkspiegel (18) derart umgelenkt wird, dass er auf einen Bereich der inneren14. The method according to claim 13, characterized in that the part of the laser beam (2) which is not deflected by the first deflecting mirror (6) is deflected by a second deflecting mirror (18) such that it extends to an area of the inner
Oberfläche des wenigstens einen Werkstückes (12, 14) trifft Surface of the at least one workpiece (12, 14) meets
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umlenkspiegel (6) und der zweite Umlenkspiegel (18) mit der gleichen Drehzahl und in die gleiche Richtung rotieren. 15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that the first deflecting mirror (6) and the second deflecting mirror (18) rotate at the same speed and in the same direction.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Werkstück (12) und ein zweites Werkstück (14) zusammengefügt werden, wobei wenigstens das erste Werk- stück (12) einen zu fügenden Bereich aufweist, der aus Glas bestehen kann, und der Laserstrahl (2) auf den zu fügenden Bereich der Werkstücke (12, 14) trifft. 16. The method according to any one of claims 12 to 15, characterized in that a first workpiece (12) and a second workpiece (14) are joined together, wherein at least the first workpiece (12) has a portion to be joined, the glass can exist, and the laser beam (2) on the area to be joined of the workpieces (12, 14) meets.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Werkstück (12, 14) vertikal gelagert ist, während es bearbeitet wird. 17. The method according to any one of claims 12 to 16, characterized in that the at least one workpiece (12, 14) is mounted vertically while it is being processed.
18. Glasröhre für Solarröhrenkollektoren, die wenigstens zwei Glasteilröhren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasteilröhren mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17 gefügt wurden. Glass tube for solar tube collectors, comprising at least two glass sub-tubes, characterized in that the glass sub-tubes have been joined by a method according to one of claims 12 to 17.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112058807A (en) * 2020-08-31 2020-12-11 江苏大学 Horizontal laser cleaning device for outer wrapper of aircraft engine

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014109550B4 (en) 2014-07-08 2016-02-18 Herbert Arnold Gmbh & Co. Kg Device for processing a workpiece

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2648166A (en) 1950-03-06 1953-08-11 Collins Radio Co Internal lathe burner
JPS5348045A (en) * 1976-10-14 1978-05-01 Mitsubishi Electric Corp Steel tube cutter
DE19729825C1 (en) * 1997-07-11 1998-11-12 Fraunhofer Ges Forschung Cutting pipes and other cylindrical components into lengths
DE10052072A1 (en) 2000-10-19 2002-05-02 Heraeus Quarzglas Procedure for processing of elongated hollow cylinder component made of quartz glass by means of laser radiation has laser beam with radiation aligned at cylinder inner surface of component guided over length of surface describing spiral
DE102008022259A1 (en) 2008-05-06 2009-11-12 Qvf Engineering Gmbh Apparatus and method for processing glass components
WO2010063132A1 (en) * 2008-12-03 2010-06-10 Cosmobrain Ag Method and apparatus for producing pipe sections using a laser beam movable by a scanning device, and corresponding pipe section

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57181790A (en) * 1981-04-30 1982-11-09 Hitachi Ltd Irradiating method for laser
DE102005000631A1 (en) * 2005-01-03 2006-07-13 Siemens Ag Device for laser beam welding on lateral surfaces of rotationally symmetrical components
DE102007032744A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Robert Bosch Gmbh Laser beam welding device and laser beam welding process
DE102008042343A1 (en) * 2008-09-25 2010-04-01 Robert Bosch Gmbh Method and device for processing and / or welding a rotationally symmetrical workpiece with a laser beam
DE102010002270A1 (en) * 2010-02-24 2011-08-25 Robert Bosch GmbH, 70469 Controlling a laser beam processing apparatus, comprises producing a processing beam by the laser beam processing apparatus for connecting two components in a joining zone, and monitoring the joining zone on the side of the components

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2648166A (en) 1950-03-06 1953-08-11 Collins Radio Co Internal lathe burner
JPS5348045A (en) * 1976-10-14 1978-05-01 Mitsubishi Electric Corp Steel tube cutter
DE19729825C1 (en) * 1997-07-11 1998-11-12 Fraunhofer Ges Forschung Cutting pipes and other cylindrical components into lengths
DE10052072A1 (en) 2000-10-19 2002-05-02 Heraeus Quarzglas Procedure for processing of elongated hollow cylinder component made of quartz glass by means of laser radiation has laser beam with radiation aligned at cylinder inner surface of component guided over length of surface describing spiral
DE102008022259A1 (en) 2008-05-06 2009-11-12 Qvf Engineering Gmbh Apparatus and method for processing glass components
WO2010063132A1 (en) * 2008-12-03 2010-06-10 Cosmobrain Ag Method and apparatus for producing pipe sections using a laser beam movable by a scanning device, and corresponding pipe section

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112058807A (en) * 2020-08-31 2020-12-11 江苏大学 Horizontal laser cleaning device for outer wrapper of aircraft engine

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