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ObJektivschutzvorrichtung für Bearbeitungslaser
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Die optimale Wirkungsweise eines Bearbeitungslasers hängt unter anderem
von der Reinheit der optischen Flächen ab, die der Laserstrahl durchdringen muß.
Bei Laseranlagen, die zur Materialbearbeitung eingesetzt werden, entsteht an der
Bearbeitungsstelle flüssiger oder gasformiger Materialabtrag. Partikel dieses Abtrags
werden infolge von Temperatur und Druck bis zum Laserobaektiv geschleudert und brennen
sich auf dessen Oberfläche ein. Durch Niederschlag von Abtragpartikeln am Objektiv
im Strahlbereich wird aber die Funktion der Laseranlage erheblich gestört. Ein exakter
Materialabtrag an der Bearbeitungsstelle des Werkstückes ist dann nicht mehr möglich.
Zur Vermeidung solcher nachteiliger Einflüsse ist es erforderlich, zwischen dem
Objektiv der Laseranlage und der Bearbeitungsstelle eine Vorrichtung anzuordnen,
die das Objektiv schützt und zugleich eine ungehinderte Wirkung des Laserstrahls
auf das zu bearbeitende Werkstück ermöglicht. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine solche Vorfichtung zum Schutz des Objektivs bei einem Bearbeitungslaser
zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß vor dem
Objektiv eine das Objektiv völlig abdeckende Schutzscheibe aus durchsichtigem klarem
Kunststoff angeordnet und um eine zum Laserstrahl parallele Achse drehbar gelagert
ist und daß zwischen der Schutzscheibe und der Bearbeitungsstelle zwei zueinander
parallele, senkrecht zum Laserstrahl wirkendd DruckhzNdüsen und gegenüber den Druckluftdüsen
eine Absaugeinrichtung angeordnet sind.
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Bei einer derartigen Schutzvorrichtung wird im Betriebszustand des
Bearbeitungslasers die Schutzscheibe an dem Objektiv vorbeibewegt. Dabei ist die
Schutzscheibe so angeordnet und bemessen, daß sie das Objektiv völlig abdeckt, so
daß keine Abtragspartikel zum Objektiv gelangen können. Durch die erfindungsgernäße
Ausbildung der Schutzvorrichtung ergeben sich noch weitere Vorteile.
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Die Verwendung einer durchsichtigen klaren Kunststoffscheibe ermöglicht-den
Durchtritt des Laserstrahls durch die Schutzscheibe ohne Veränderungen, so daß der
Laserstrahl ungehindert auf das zu bearbeitende Werkstück einwirken kann. Die Schutzscheibe
besteht daher zweckmäßigerweise aus einem hierfür gut geeigneten Material, vorzugsweise
aus Acrylglas oder ähnlichen Werkstoffen mit gleichen Eigenschaften, welche die
Beschaffenheit des Laserstrahls beim Durchtritt durch die Schutzscheibe nicht verändern.
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Als weitere Vorteile z.B. gegenüber einem Objektivschutz aus Glas
erweisen sich die geringe Affinität des Scheibenmaterials zu den meisten Abtragsmaterialien
und die Elastizität einr aus Kunststoff bestehenden Schutzscheibe. Im Vergleich
zu Glas wird daher ein Anhaften von Abtragspartikeln an der Oberfläche der Schutzscheibe
stark vermindert. Von der elastischen Kunststoffoberfläche prallen nämlich die Abtragspartikel
größtenteils ab, so daß ein Niederschlag von Abtragspartikeln auf der Schutzscheibe
weitgehend vermieden wird. Das Auftreffen von Abtragspartikeln auf die Schutzscheibe
wird bei einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung durch die vorteilhafte Ausbildung
der Absaugung jedoch ohnehin weitgehend verhindert. Die aus zwei Druckluftdüsen
bestehende Blaseinrichtung ermöglicht eine große Wirkdauer und hohe Energie des
Luftstroms, so daß insbesondere in Kombination mit der Wirkung des Unterdrucks der
Absaugeinrichtung eine starke Ablenkung und eine weitgehende Entfernung der Abtragspartikel
aus dem Strahlbereich erzielt wird. Vereinzelte Abtragspartikel, die trotz der vorteilhaft
angeordneten und ausgebildeten Absaugung auf die Schutzscheibe gelangen sollten,
sind durch den Druckluftstrom der beiden Düsen soweit abgekühlt, daß sie nur lose
an der Scheibenoberfläche anhaften. Diese Abtragspartikel können aber leicht und
ohne Beschädigung der Scheibe von ihr entfernt werden. Auf diese Weise wird eine
Verschlechterung der Strahlenergie sowie der Strahlgeometrie im Strahlbereich vermieden
und ein exakter Materialabtrag gewährlei stet.
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Im Strahlbereich an der Scheibe haftende Abtrags- bzw. Staubteilehen
würden bei stillstehender Scheibe dazu führen, daß nach einer größeren Anzahl von
Laserimpulsen ein Loch in die Schutzscheibe gebrannt würde. Um solchen Schäden vorzubeugen,
wird die Schutzscheibe bewegt. Hierdurch verbleiben die betreffenden Bezirke nur
für eine jeweils geringe Anzahl von Laserimpulsen im Strahlbereich.
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Die Bewegung der Schutzscheibe erfolgt durch Drehen um eine zum Laserstrahl
parallel verlaufende Achse. Hierbei ist im Hinblick auf die Einwirkung des Laserstrahls
auf das zu bearbeitende Werkstück und zur Erreichung eines exakten Materialabtrags
auf einen gleichmäßig planen Lauf der Schutzscheibe zu achten.
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Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung hat ferner den Vorteil eines
eichen und weitgehend wartungsfreien Aufbaus, da eine aus Kunststoff bestehende
rotierende Schutzscheibe eine hohe Standzeit besitzt und im Bedarfsfall leicht zugänglich
und problemlos auswechselbar gelagert werden kann.
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Im Hinblick auf die Wirkung des Druckluftstromes ist es vorteilhaft,
wenn bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung eine der Druckluftdüsen nahe der
Bearbeitungsstelle und die andere Druckluftdtlse nahe der Schutzscheibe angeordnet
ist.
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Ferner ist es bei einer Vorrichtung nach der Erfindung zur Erzielung
eines möglichst genauen Planlaufs der Schutzscheibe von Vorteil, wenn die Schutzscheibe
aus einem gegen mechaniscb und thermische Einflüsse in hohem Maße formbeständigen
Material besteht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes
des Patentanspruchs 1 sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
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Ein vorteilhaftes Ausftihrungsbeispiel einer Objektivschutzvorrich
tung gemäß der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und im folgenden
näher beschrieben.
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Die erfindungsgeiäße Vorrichtung dient zum Schutz des ObJektivs 1
einer Laseranlage, welche einen strichpunktiert eingezeichneten Strahl 2 zur Bearbeitung
eines Werkatückes 3, z.B. zur Hersteflung eines Bohrungsrasters bei einem mechanischen
Filter, aussendet.
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Zwischen der Materialabtragastelle 4 au Werkstück 3 und dem Ob3ektiv
1 der Laseranlage ist die erfindungsgeiäße Vorrichtung angeordnet. Sie besteht im
wesentlichen aus einer hohem ObJektiv liegenden Schutzscheibe aus durchsichtiges
klarem Kunststoff, vorzugsweise Acrylglas, sowie aus einer Abb las- und Absaugeinrichtung
6, 7 bzw. 8. Die Schutzscheibe 5 ist so angeordnet und bemessen, daß sie das Obje#
1 völlig abdeckt. Außerdem ist die Schutzscheibe mittels eines z.B. seitlich des
Objektives angeordneten Motors 9 drehbar um eine zum Laserstrahl 2 parallel verlaufende
Achse.
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Im Betriebszustand wird die Scheibe möglichst genau planlaufend und
langsam an dem Objektiv vorbeigeführt, wobei die Scheibendrehzahl durch Versuche
ermittelbar optimal eingestellt werden kann.
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Der Planlauf der Schutzscheibe wird vor allem dadurch gewährleistet,
daß die Schutzscheibe aus einem gegen mechanische und thermische Einflüsse in hohem
Maße formbeständigen Material besteht.
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Zur Erzielung eines gleichmäßig planen Laufs ist es auc#iorteilhaft,
eine Scheibe geeigneter Dicke, z.B. von etwa 4mm zu verwenden und die Auflagefläche
15, auf der die an der Motorwelle gelagerte Scheibe aufliegt, mit einem möglichst
großen Durchmesser auszubilden. Wie aus der Figur zu sehen ist, ist der Außendurchmesser
der Auslagenache gerade so groß, daß die Auflagefläche etwa bis zum Objektivdurchmesser
reicht. Es kann außerdem auch zweckmäßig sein, den Planlauf der Scheibe mit Hilfe
einer Kontrolleinrichtung zu überwachen. Die vorzugsweise kreisrund ausgebildete
Schutzscheibe ist möglichst nahe dem Objektiv 1 der Laseranlage in einem Schutzgehäuse
14 angeordnet, welches zumindest den vor dem Objektiv liegenden Schetbenbereich
freiläßt. Die Abblas- und Absaugeinrichtung besteht aus zwei zwischen der Schutz
scheibe 5 und der Bearbeitungsstelle 4 angeordneten zueinander parallelen und senkrecht
zum Laserstrahl 2 wirkenden Druckluftdüsen 6 und 7, welche über Schalter 10 und
11 betätigt werden können. Als Absaugeinrichtung dient ein gegenüber den beiden
Druckluftdüsen 6 und 7 an-
geordneter schachtartiger Kanal 8, dessen
Länge etwas größer ist als detKbstand der Druckluftdüsen voneinander. Zweckmäßigerweise
ist zwischen der Schutzscheibe 5 und der Bearbeitungsstelle 4 konzentrisch zum Laserstrahl
2 ein Schutzrohr 12 mit gegenüberliegenden Öffnungen für die Druckluftdüsen 6 und
7 und die Absaugeinrich tung 8 sowie mit einem als Arretierungsanschlag des Schutzrohres
und als Stauraum fUr zurtickgeschleuderte Abtragspartikel dienenden Teil 13 vorgesehen.
Die Anordnung der beiden Druckluftdüsen 6 und 7 ist vorteilhafterweise so getroffen,
daß die eine Druckluftdüse 6 nahe der Bearbeitungsstelle 4 und die andere Druckluftdüse
7 nahe der Schutzscheibe 5 angeordnet ist. Die zweite Druckluftduse 7 kann somit
vereinzelte, von der ersten Druckluftdüse 6 noch nicht genügend abgekühlte und aus
der Strahlrichtung abgelenkte Abtragspartikel weiter abhühlen und in die Absaugung
8 drücken. Sollten trotzdem noch vereinzelte Abtragspartikel auf die Schutzscheibe
gelangen, so prallen diese an der Scheibe größtenteils ab oder erreichen sie weitgehend
abgekühlt, so daß sie nur lose an der Scheibe haften und dann leicht entfernt werden
können. Schäden anker Scheibe durch etwaige haften bleibende Abtragspartikel schließlich
werden durch die Rotation der Schutzscheibe vermieden, da hierdurch die betreffenden
Bezirke nur für eine jeweils geringe Anzahl von Laserimpulsen im Strahlbereich verbleiben.
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6 Patentansprüche 1 Figur