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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung zur Erzeugung
eines Laserstrahls mit einer integrierten Leistungsmesseinrichtung.
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Laservorrichtungen
sind beispielsweise in der Materialbearbeitung als Werkzeugmaschinen z.B.
zum Schneiden, Schweißen,
Bohren, Formen oder Beschriften, oder als Messmaschinen zur Bestimmung
von Abmessungen oder Abständen
usw. bekannt. Die Bearbeitung der Werkstücke erfolgt dabei mittels eines
Laserstrahls, welcher aus verschiedenen Quellen stammen kann. Die
Bearbeitungsvorgänge
finden dabei häufig
innerhalb eines kontinuierlichen Bearbeitungsprozesses statt, weshalb
ein zuverlässiger
Dauerbetrieb der Laservorrichtung notwendig ist. Aufgrund von Alterung
und/oder Verschleiß z.B.
der Laserdioden bzw. der Pumplampe der Laservorrichtung, welche
zur Erzeugung des Laserstrahls verwendet wird, erfolgt eine Degradation der
Laserleistung. Von daher wird im Fertigungsprozess in bestimmten
Intervallen die Laserleistung gemessen, um Abweichungen oder einen
bevorstehenden Ausfall möglichst
frühzeitig
erkennen zu können. Hierzu
wird üblicherweise
ein portables Leistungsmessgerät
verwendet, welches an der Laservorrichtung aufgebaut wird und angeschlossen
werden muss. Dies benötigt
jedoch eine gewisse Zeit und ist aufwendig. Die hierbei erzielten
Messergebnisse hängen
ferner stark von dem jeweiligen Bediener ab, so dass reproduzierbare
Messbedingungen nicht immer gegeben sind.
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Aus
der
DE 197 37 094
A1 ist eine Laservorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks bekannt, welche
einen ersten Laser und einen zweiten Laser umfasst. Im Falle eines
Ausfalls des ersten Lasers kann die Vorrichtung einfach auf den
zweiten Laser umgeschaltet werden. Dadurch können Produktionsausfälle minimiert
werden. Allerdings sind derartige Anlagen aufgrund des Vorsehens
von zwei Lasereinrichtungen sehr teuer.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Laservorrichtung
zur Erzeugung eines Laserstrahls mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass ein reproduzierbares und sicheres Überwachen
der Laserleistung des Lasers möglich ist.
Dadurch kann eine Leistung des Lasers korrigiert werden bzw. eine
notwendige Reparatur oder ein Austausch des Lasers frühzeitig
geplant werden, um einen Fertigungsausfall zu vermeiden. Ferner
kann erfindungsgemäß eine hohe
Qualität
in der Fertigung bzw. Messung mittels Laser erhalten werden. Dies wird
erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass eine Leistungsmesseinrichtung zur Messung einer Leistung
des Lasers in die Laservorrichtung integriert ist. Die Laservorrichtung
umfasst hierbei eine Positionsänderungsvorrichtung,
um eine Position der Leistungsmesseinrichtung derart zu ändern, dass
die Leistungsmesseinrichtung in den Laserstrahl gebracht werden
kann, um die Leistung des Lasers zu messen. Hierdurch kann erfindungsgemäß bei einem einfachen
und kostengünstigen
Aufbau eine deutliche Qualitätssteigerung
insbesondere in Fertigungsmaschinen mit einem Laser erreicht werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen
der Erfindung.
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Die
Laservorrichtung umfasst vorzugsweise eine als Schwenkeinrichtung
ausgebildete Positionsänderungsvorrichtung.
Die Schwenkeinrichtung ermöglicht
es, dass die Leistungsmesseinrichtung um eine Schwenkachse in den
Laserstrahl und zurück geschwenkt
werden kann. Dieser Schwenkvorgang kann dabei manuell oder automatisiert
erfolgen.
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Alternativ
umfasst die Positionsänderungsvorrichtung
eine Linearverschiebungseinrichtung, um die Leistungsmesseinrichtung
linear zu verschieben. Dadurch kann eine besonders einfache Positionsänderung
der Leistungsmesseinrichtung in den Laserstrahl und zurück ermöglicht werden.
Die Positionsänderung
kann dabei ebenfalls manuell oder automatisiert erfolgen.
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Um
eine möglichst
sichere und schnelle Verwendung der Leistungsmesseinrichtung zu
ermöglichen,
umfasst die Positionsänderungsvorrichtung vorzugsweise
einen Pneumatikzylinder oder einen Hydraulikzylinder zur Positionsänderung
der Leistungsmesseinrichtung. Hierdurch kann eine sicher reproduzierbare
Bewegung der Leistungsmesseinrichtung erreicht werden. Ferner kann
durch einen Anschlag, z.B. am Antrieb der Leistungsmesseinrichtung
wie z.B. ein Anschlag für
den Kolben des Zylinders, eine für
jeden Messvorgang gleiche Endposition sichergestellt werden.
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Vorzugsweise
ist die integrierte Leistungsmesseinrichtung mit einer Steuerungseinheit
der Laservorrichtung verbunden. Hierdurch können beispielsweise bei Feststellen
von Abweichungen der Leistung des Lasers durch die Steuerungseinheit
der Laservorrichtung unmittelbar Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
Dies erhöht
die Qualität
der Laserverwendung.
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Um
frühzeitig
eine Verschlechterung der Laserleistung zu erkennen, führt die
Steuerungseinheit der Laservorrichtung vorzugsweise periodisch eine Messung
der Leistung des Lasers durch. Dies kann beispielsweise basierend
auf Betriebsstunden des Lasers oder basierend auf einem vorbestimmten
Zeitintervall durchgeführt
werden. Somit können
gegebenenfalls vorhandene Leistungsminderungen des Lasers frühzeitig
erkannt werden und gegebenenfalls ein Austausch frühzeitig
geplant werden, ohne den Produktionsprozess dabei zu stören.
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Weiter
bevorzugt ist die Leistungsmesseinrichtung mit einer Kühlwasserversorgung
der Laservorrichtung verbunden. Dadurch muss für die Lasermesseinrichtung
keine separate Kühlwasserversorgung
bereitgestellt werden.
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Um
einen ausreichenden Schutz der Leistungsmesseinrichtung sicherzustellen,
ist die Leistungsmesseinrichtung vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet.
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Somit
kann erfindungsgemäß eine vollautomatisierte Überprüfung des
Lasers durchgeführt
werden, wodurch insbesondere in der Fertigung auch eine Qualitätssteigerung
erzielt werden kann.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im
Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Laservorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 eine
schematische Draufsicht der in 1 gezeigten
Laservorrichtung,
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3 eine
schematische Seitenansicht einer Laservorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
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4 eine
schematische Draufsicht der in 3 gezeigten
Laservorrichtung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine
Laservorrichtung 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben.
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Die
Laservorrichtung 1 ist beispielsweise eine Werkzeugmaschine
zur Bearbeitung eines Werkstücks 4 mit
einem Laserstrahl 3. Der Laserstrahl 3 wird durch
eine Laserquelle 2 erzeugt. In 1 ist schematisch
das Auftreten des Laserstrahls auf das Werkstück 4 dargestellt.
Die Laservorrichtung 1 umfasst dabei ferner eine Leistungsmesseinrichtung 5,
welche in die Laservorrichtung 1 integriert ist. Die Leistungsmesseinrichtung 5 ist
auf einer Positionsänderungsvorrichtung 6 angeordnet.
Die Positionsänderungsvorrichtung 6 ist,
wie aus 2 ersichtlich ist, im Wesentlichen eine Grundplatte,
welche um eine Schwenkachse S um einen Winkel α von 90° schwenkbar ist. Dies ist in 2 durch
den Doppelpfeil A angedeutet. Es sei angemerkt, dass der Schwenkwinkel α selbstverständlich je
nach Einsatz bzw. Bauraumvorgaben in der Laservorrichtung 1 frei wählbar ist.
In den 1 und 2 ist durch die durchgezogenen
Linien der Leistungsmesseinrichtung 5 und der Positionsänderungsvorrichtung 6 die normale
Position dargestellt, in welcher keine Leistungsmessung erfolgt.
Mit gestrichelten Linien und den Bezugszeichen 5' bzw. 6' sind in den 1 und 2 die
Messpositionen der Leistungsmesseinrichtung bzw. der Positionsänderungsvorrichtung
im geschwenkten Zustand dargestellt. Wie aus 2 ersichtlich
ist, ist die Messposition der Leistungsmesseinrichtung 5 in
einem 90°-Winkel
verschwenkt zur normalen Position, so dass der Laserstrahl 3 auf
die verschwenkte Leistungsmesseinrichtung 5' trifft. Das Bezugszeichen 7 bzw. 7' bezeichnet
dabei eine optische Messeinrichtung, welche zur Leistungsmessung
des Laserstrahls 3 verwendet wird. Zum Schutz der Leistungsmesseinrichtung 5 ist
ferner ein an einer Seite offenes Gehäuse 8 vorgesehen.
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Die
Laservorrichtung 1 umfasst ferner eine Steuerungseinheit 9,
welche mit der Laserquelle 2 und der Leistungsmesseinrichtung 5 verbunden
ist. Die Leistungsmesseinrichtung 5 ist ferner mit einer Kühlwasserversorgung
der Laservorrichtung 1 verbunden, was in den Figuren jedoch
aus Gründen
einer besseren Übersichtlichkeit
nicht dargestellt ist.
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Wenn
eine Leistung des von der Laserquelle 2 erzeugten Laserstrahls 3 bestimmt
werden soll, wird die Positionsänderungsvorrichtung 6 um
die Schwenkachse S um einen Winkel α von 90° verschwenkt, so dass die optische
Messeinrichtung 7 der Leistungsmesseinrichtung 5 genau
im Laserstrahl 3 liegt. Dadurch kann die Leistungsmesseinrichtung 5 die
Leistung des Laserstrahls 3 bestimmen. Dieser Wert wird
an die Steuerungseinheit 9 weitergeleitet und beispielsweise
mit einem gespeicherten Sollwert verglichen. Im Falle von Abweichungen
zwischen dem gemessenen Wert und dem Sollwert kann dann eine entsprechende
Meldung beispielsweise an einem Display der Maschine o.Ä. erzeugt
werden. Ferner kann die Steuerungseinheit 9 auch Parameter
der Laserquelle 2 verändern,
um die Leistung wieder auf den Sollwert zu bringen bzw. dem Sollwert
anzunähern.
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Die
Leistungsmessung kann dabei beispielsweise abhängig von den Betriebsstunden
der Laservorrichtung oder basierend auf vorgegebenen Zeitintervallen
durchgeführt
werden. Die Leistungsmessung wird dabei vorzugsweise in sowieso
vorhandenen Fertigungspausen, z.B. während eines Schichtwechsels
oder notwendigen Rüstzeiten
der Laservorrichtung durchgeführt.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 eine
Laservorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile
sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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Die
Laservorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht
im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels, wobei im Unterschied dazu
die Positionsänderungsvorrichtung 6 unterschiedlich
ausgebildet ist. An Stelle des im ersten Ausführungsbeispiel durchgeführten Schwenkvorgangs
wird beim zweiten Ausführungsbeispiel
eine Positionsänderung
der Leistungsmesseinrichtung 5 durch eine Linearverschiebung
der Leistungsmesseinrichtung 5 erreicht. Genauer ist die
Leistungsmesseinrichtung 5 auf einer Grundplatte angeordnet,
welche beispielsweise mittels eines Pneumatikzylinders (nicht dargestellt)
aus einem schubladenartigen Gehäuse 8 herausschiebbar
bzw. wiederhineinverfahrbar ist. Im einfachsten Ausführungsfall
kann die Leistungsmesseinrichtung 5 dabei genau zwei Positionen einnehmen,
nämlich
eine Position im Gehäuse 8 und eine
Messposition (in gestrichelten Linien in den 3 und 4 dargestellt),
in welcher eine optische Messeinrichtung 7 genau im Laserstrahl 3 liegt. Die
Linearverschiebung ist in den 3 und 4 durch
den Doppelpfeil B angedeutet.
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Ansonsten
entspricht das zweite Ausführungsbeispiel
dem ersten Ausführungsbeispiel,
so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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Betreffend
der Verwendung der erfindungsgemäßen Laservorrichtung 1 sei
angemerkt, dass diese in allen Arten von laserbasierten Maschinen, insbesondere
laserbasierten Werkzeugmaschinen zum Schneiden, Schweißen, Bohren,
Formen, Beschriften usw. oder in laserbasierten Messmaschinen verwendet
werden kann. Die integrierte Leistungsmesseinrichtung, welche bei
Bedarf in den Laserstrahl gebracht werden kann, ist dabei sehr kompakt und
kann an beliebiger Stelle in der Maschine angeordnet werden. Dadurch
kann ein Einsatz in unterschiedlichsten Maschinentypen gewährleistet
werden.