DD224793A1 - METHOD AND DEVICE FOR OPERATING GAS LASER CUPPES - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens fuer den Betrieb von Gaslaserkoepfen, insbesondere fuer das Lasergasschweissen oder -schneiden von plattenfoermigem Material. Ziel ist, die Laserbearbeitung effektiver zu gestalten. Nach der Aufgabe soll ohne besonderen Aufwand an Energie oder Steuereinrichtungen die Einhaltung des erforderlichen Duesenabstandes erreicht und das unkontrollierte Austreten von Laserstrahlung verhindert werden. Erfindungsgemaess wird vorgeschlagen, dass unter Verwendung an sich bekannter Laseranlagen, bei denen Laserbearbeitungsgas unter Druck durch die Laserduese gepresst wird, das Laserbearbeitungsgas anschliessend im wesentlichen zum Aufbau eines Luftkissens verwendet wird. Vorrichtungen zur Ausuebung des Verfahrens sind erfindungsgemaess so gebaut, dass um den Gaslaserkopf beispielsweise ein topffoermiger Hohlkoerper angeordnet ist, der zur Gasduese abgedichtet ist und am offenen Rand elastische Lippen zum Werkstueck hin aufweist. FigurThe invention relates to a method and an apparatus for carrying out the method for the operation of gas laser heads, in particular for the laser gas welding or cutting plate-shaped material. The goal is to make laser processing more effective. After the task to comply with the required Duesenabstandes achieved and the uncontrolled leakage of laser radiation can be prevented without any special effort on energy or control devices. According to the invention, it is proposed that the laser processing gas is then essentially used to build up an air cushion, using laser systems known per se, in which laser processing gas is pressed under pressure through the laser dew. Devices for practicing the method according to the invention are constructed so that a pot-shaped hollow body is arranged around the gas laser head, for example, which is sealed for Gasduese and at the open edge has elastic lips to Werkstueck out. figure

Description

Verfahren und Vorrichtung für den Betrieb τοη G-aslaserköpfenMethod and device for the operation of τοη G-aslaser heads

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für den Betrieb von Gaslaserköpfen, insbesondere für das Lasergasschweißen oder —schneiden von plattenförmigen! Material.The invention relates to a method and an apparatus for carrying out the method for the operation of gas laser heads, in particular for the laser gas welding or cutting of plate-shaped! Material.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß für das Lasersclineiden ein- Zusatzgas, das zusammen mit dem Laserstrahl aus der Laserdüse tritt, notwendig ist, um durch Wegblasen des Materialdampfes und .Kühlung der Kanten der .nur wenige Zehntel Millimeter breiten Schnittfuge einen qualitativ hochwertigen Schnitt bei hoher Schneidleistung zu gewährleisten. Der Durchmesser der Laserdüse ist mit 1 bis 2 mm stets größer als die Breite der Schnittfuge. Der Arbeitsdruck des Zusatzgases, als Lasergas bezeichnet, liegt selten höher als 0,3 MPa. Als Lasergase werden vorzugsweise Druckluft, Sauerstoff, Stickstoff oder Argen verwendet, was von der Laserbearbeitungsaufgabe, hauptsächlich dem Material des Werkstücks abhängt.It is known that for laser cutting an additional gas, which occurs together with the laser beam from the laser nozzle, is necessary to blow the material vapor and .Kühlung the edges. Only a few tenths of a millimeter wide kerf a high-quality cut with high cutting performance to ensure. The diameter of the laser nozzle with 1 to 2 mm is always greater than the width of the kerf. The working pressure of the additional gas, called laser gas, is rarely higher than 0.3 MPa. Compressed air, oxygen, nitrogen or argon are preferably used as laser gases, which depends on the laser processing task, mainly the material of the workpiece.

Technologische Nachteile beim Betrieb der bekannten Laserschneideinrichtungen bestehen darin, daß zur genauen Einhaltung der Fokuslage des Laserstrahls der Düsenabstand' zwischen Laserdüse und Werkstück im Zehntelmillimeterbereich geregelt werden muß, was z.B. mit kapazitiven Abstandssteuerungen realisiert wird, jedoch bei nichtmetallischen Werkstücken sehr komplizierte und aufwendige Steuereinrichtungen erfordert. Grundsätzlich sind zur Einhaltung bzw. automatischen Regelung des Düsenabstandes zumindest ein Abstandssensor, Steuerleitungen und Regelschaltungen sowie ein ansteuerbarer Supportantrieb notwendig, was insgesamt den Aufwand für Herstellung und Betrieb von Laserbearbeitungseinrichtungen erhöht. Weiterhin ist bei der Laserbearbeitung erforderlich, das Personal vor Laserstrahlung, auch Streustrahlung, zu schützen. Deshalb sind bei bekannten Laseranlagen mit erhöhtem Aufwand entweder die gesamte La3eranlage oder der Laserkopf eingehaust ο Die Führungseinrichtungen für Laserschneidköpfe sind sehr stabil gebaut, weil nicht nur Maschinenschwingungen vermieden werden sollen, sondern auch das Gewicht des SupportsTechnological disadvantages in the operation of the known laser cutting devices are that for accurate maintenance of the focal position of the laser beam, the nozzle spacing 'between laser nozzle and workpiece must be regulated in the tenth of a millimeter range, which is e.g. is realized with capacitive pitch controls, but requires very complicated and expensive control devices for non-metallic workpieces. Basically, at least one distance sensor, control lines and control circuits and a controllable support drive are necessary for compliance or automatic control of the nozzle spacing, which increases the overall expense for the production and operation of laser processing equipment. Furthermore, in laser processing, it is necessary to protect personnel from laser radiation, including stray radiation. Therefore, in known laser systems with increased effort either the entire La3eranlage or the laser head housed o The guide devices for laser cutting heads are built very stable, because not only machine vibrations should be avoided, but also the weight of the support

mit Führungsbahn, Getriebeiaotor, Teleskoprohr, Kühleinrichtung für Linsen und Spiegel u.a. getragen werden muß.with guideway, geared motor, telescopic tube, cooling device for lenses and mirrors u.a. must be worn.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ss ist Ziel der Erfindung, die Laserbearbeitung effektiver zu gestalten und den Material- und Energieaufwand für Herstellung und Betrieb von Laserbearbeitungsanlagen zu -vermindern.It is an object of the invention to make the laser processing more effective and to reduce the material and energy expenditure for the production and operation of laser processing systems.

'.Ye se η der Erfindung'.Ye se η the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur durchführung des Verfahrens zu entwickeln, mit denen ohne besonderen Aufwand an Energie oder Steuereinrichtungen die Einhaltung des .erforderlichen Düsenabstandes gewährleistet, die Bearbeitungsleistung gesteigert und das unkontrollierte Austreten von Laserstreustraiilung verhindert wird.The invention is based on the object to develop a method and an apparatus for carrying out the method, which ensures compliance with the .erforderlichen nozzle spacing without special effort on energy or control devices, increases the processing power and the uncontrolled leakage of Laserstreustraiilung is prevented.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem das Verfahren so gestaltet ist, daß unter Verwendung an sich bekannter Laseranlagen, bei denen Laserbearbeitungsgas unter Druck durch die Laserdüse gepreßt wird und das Laserbearbeitungsgas anschließend im wesentlichen zum Aufbau eines Luftkissens verwendet wird, und daß weiterhin erfindungsgemäß der Druck des als Luftkissentraggas genutzten Anteils des Laserbearbeitungsgases erfaßt und/oder zur Steuerung des Druckes des Lasergases und/oder zur Steuerung des Druckes des als Luftkissentraggas genutzten Anteils des Laserbearbeitungsgases und/oder zur Steuerung der Laseranlage genutzt wirdAccording to the invention the object is achieved by the method is designed so that using laser devices known per se, in which laser processing gas is pressed under pressure through the laser nozzle and the laser processing gas is then used essentially for the construction of an air cushion, and further that according to the invention Pressure of the used as Luftkissentraggas portion of the laser processing gas detected and / or used to control the pressure of the laser gas and / or to control the pressure of the Luftkissentraggas used as proportion of the laser processing gas and / or to control the laser system

Vorrichtungen zur Ausübung des Verfahrens sind erfindungs- Devices for carrying out the method are inventively

gemäß so gebaut, daß um den Gaslaserkopf Torzugsweise konzentrisch ein zu diesen und in gleicher Richtung wie die .Laserdüse geöffneter, beispielsweise topfförmiger Hohlkörper angeordnet ist, der zur Gaslaserdüse abgedichtet ist und an seinem etwa in gleicher Höhe wie die Laserdüse endenden offenen Rand elastische Lippen zum Werkstück hin aufweist.According constructed in such a way that around the gas laser head Torzugsweise a concentric to this and in the same direction as the .Laserdüse open, for example, cup-shaped hollow body is arranged, which is sealed to the gas laser nozzle and at its approximately the same height as the laser nozzle ending open edge elastic lips for Has workpiece.

Erfindungsgemäße Vorrichtungen können weiterhin auch so ausgebildet sein, daß der Innenraum des topfförmigen Hohlkörpers durch eine Bypassleitung mit dem Gasstutzen oder mit dem Innenraum der Laserdüse versehen ist und daß in diese Bypassleitung ein Druckregler für die Regelung des Druckes im Innenraum des topfförmigen Hohlkörpers einge— schleift ist.Devices according to the invention can also be designed so that the interior of the pot-shaped hollow body is provided with the gas nozzle or with the interior of the laser nozzle by a bypass line and that a pressure regulator for controlling the pressure in the interior of the cup-shaped hollow body is grinded into this bypass line ,

Die Vorteile der Erfindung resultieren aus seiner überraschend einfachen Lösung, mit der, ausgehend τοπ der bisher nicht bekannten zusätzlichen Nutzung des Lasergases als Luftkissentraggas für den gesamten Gaslaserkopf, um den Wirkbereich des Laserstrahles ein erhöhter statischer Lasergasdruck erzeugt wird, der zur beschleunigten Austreibung von Materialdämpfen führt, gleichzeitig die genaue selbsttätige Einjustierung eines Düsenabstandes über den Druck des Lasergases selbst'ohne zusätzliche Regelelemente ermöglicht wird.The advantages of the invention result from its surprisingly simple solution, which, starting from τοπ the previously unknown additional use of the laser gas as Luftkissentraggas for the entire gas laser head to the effective range of the laser beam, an increased static laser gas pressure is generated, which leads to the accelerated expulsion of material vapors , At the same time the exact automatic Einjustierung a nozzle spacing on the pressure of the laser gas selbst'without additional control elements is possible.

Zusätzlicher Vorteil der-Erfindung ist, daß bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise der Düsenbereich des Gaslaserkopfes gegen das Austreten von Streustrahlung abgeschirmt wird, und daß durch den nunmehr möglichen Wegfall spezieller Supportantriebe und Regeleinrichtungen der Aufwand an Material und Energie für Herstellung und Betrieb von"Gaslaserbearbeitungsanlagen wesentlich vermindert werden kann.An additional advantage of the invention is that in accordance with the invention, the nozzle area of the gas laser head is shielded against leakage of scattered radiation, and that the now possible omission of special support drives and control devices, the cost of material and energy for the manufacture and operation of "gas laser processing systems are substantially reduced can.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll.nachstehend an einem AusführungsbeispielThe invention soll.nach the following to an embodiment

näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt den schematischen Aufbau einer, zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung. Ein Gaslaserkopf für das Laserschneiden, bestehend aus Teleskoprohr 1, Linse 2 und Laserdüse 3 mit Gasstutzen 4 für die Zuführung des' Laserbearbeitungsgases, d.h. Schneidgases, ist über dem zu schneidenden Werkstück 5 angeordnet. Um die Laserdüse 3 ist ein topffdrmiger Hohlkörper 6 abgedichtet konzentrisch angebracht, der an seinem in etwa gleicher Höhe-wie die--Laserdüse 3 endenden, offenen Rand elastische* .Lippen 7 aufweist, die den Hohlkörper 6 zum Werkstück 5 abdichten». ... . ·be explained in more detail. The accompanying drawing shows the schematic structure of a device suitable for realizing the method according to the invention. A laser laser head for laser cutting, consisting of telescopic tube 1, lens 2 and laser nozzle 3 with gas nozzle 4 for the supply of 'laser processing gas, i. Cutting gas is disposed over the workpiece 5 to be cut. To the laser nozzle 3 is a potffdrmiger hollow body 6 sealingly mounted concentrically mounted at its approximately the same height as the - laser nozzle 3 ending, open edge elastic * .Lippe 7 which seal the hollow body 6 to the workpiece 5 ». .... ·

Vor Einschalten des Laserstrahls 8 wird das Schneidgas mit einem Druck von 0,15 MPa durch die Laserdüse 3 gepreßt, so daß sich im Innenraum des Hohlkörpers 6 ein Druck von 0,08 IJSPa. aufbaut und gleichzeitig der gesamte Laser schneidkopf angehoben wird, wobei sich zwischen der Mündung 9 der Laserdüse 3 und dem Werkstück 5 ein Düsenabstand von 2 mm aufbaut. Mit Einschalten des Laserstrahls 8 liegt somit der Fokus 10 des Laserstrahls 8 an der Oberfläche des Werkstücks 5, der gleichzeitig damit die 0,2 mm breite Schnittfuge 11 erzeugt, wobei sich nach fortlaufendem Laserschnitt durch das durch die Schnittfuge zusätzlich entweichende Luftkissentraggas der Düsenabstand in.zulässiger V/eise auf den konstanten Endwert von 1,9 mm verringert.Before switching on the laser beam 8, the cutting gas is pressed through the laser nozzle 3 at a pressure of 0.15 MPa, so that in the interior of the hollow body 6, a pressure of 0.08 IJSPa. builds and at the same time the entire laser cutting head is raised, with a nozzle spacing of 2 mm builds up between the mouth 9 of the laser nozzle 3 and the workpiece 5. Thus, when the laser beam 8 is switched on, the focus 10 of the laser beam 8 is applied to the surface of the workpiece 5, which simultaneously produces the 0.2 mm wide kerf 11, whereby, after continuous laser cutting, the nozzle air gap escapes through the kerf gas. permitted value is reduced to the constant final value of 1.9 mm.

Claims (4)

- 6 Erfindungsanspruch - 6 claim of invention 1. Verfahren für den Betrieb von Gaslaserköpfen, insbesondere für das Lasergasschweißen oder -schneiden unter Verwendung an sich.' bekannter Laseranlagen, bei denen Laserbearbeitungsgas unter Druck durch, die Laserdüse gepreßt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Laserbearbeitungsgas anschließend im wesentlichen zum Aufbau eines Luftkissens verwendet wird.1. Method for the operation of gas laser heads, in particular for the laser gas welding or cutting using itself. ' known laser systems in which laser processing gas is pressed under pressure through the laser nozzle, characterized in that the laser processing gas is then used substantially for the construction of an air cushion. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Druck des als Luftkissentraggas genutzten Anteils des Laserbearbeitungsgases erfaßt und/oder zur Steuerung des Druckes des Lasergases und/oder zur Steuerung des Druckes des als Luftkissentraggas genutzten Anteils des Laserbearbeitungsgases und/oder zur Steuerung der Laseranlage genutzt wird.2. The method according to item 1, characterized in that the pressure of the used as Luftkissentraggas portion of the laser processing gas detected and / or for controlling the pressure of the laser gas and / or for controlling the pressure of the Luftkissentraggas used as proportion of the laser processing gas and / or for controlling the Laser system is used. 3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß um den Gaslaserkopf ein vorzugsweise konzentrisch um diesen und in gleicher Richtung wie die Laserdüse (3) geöffneter, beispielsweise topfförmiger Hohlkörper (6) angeordnet ist, der zur Gaslaserdüse (3) abgedichtet ist und an seinem etwa in gleicher Höhe wie die Laserdüse (3) endenden offenen Rand elastische Lippen (7) zum Werkstück (5) hin aufweist. 3. Apparatus for carrying out the method according to item 1, characterized in that a preferably concentric around this and in the same direction as the laser nozzle (3) open, for example cup-shaped hollow body (6) is arranged around the gas laser head to the gas laser nozzle (3) is sealed and at its approximately the same height as the laser nozzle (3) ends open edge elastic lips (7) to the workpiece (5) out. 4. Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der beispielsweise topfförmige Hohlkörper (6) durch eine Bypassleitung mit dem Gasstutzen (4) oder mit dem Innenraum der Laserdüse (3) versehen ist und daß in diese Bypassleitung ein Druckregler eingeschleift ist.4. The device according to item 3, characterized in that the example cup-shaped hollow body (6) is provided by a bypass line with the gas nozzle (4) or with the interior of the laser nozzle (3) and that in this bypass line, a pressure regulator is looped. — Hierzu ein Blatt Zeichnungen —- For this a sheet of drawings -