DE2738167A1 - Objektivschutzvorrichtung fuer bearbeitungslaser - Google Patents

Objektivschutzvorrichtung fuer bearbeitungslaser

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DE2738167A1
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compressed air
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air nozzles
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German Holst
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/16Removal of by-products, e.g. particles or vapours produced during treatment of a workpiece
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
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    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1488Means for protecting nozzles, e.g. the tip surface

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Description

  • ObJektivschutzvorrichtung für Bearbeitungslaser
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
  • Ein vorteilhaftes Ausftihrungsbeispiel einer Objektivschutzvorrich tung gemäß der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • Im Betriebszustand wird die Scheibe möglichst genau planlaufend und langsam an dem Objektiv vorbeigeführt, wobei die Scheibendrehzahl durch Versuche ermittelbar optimal eingestellt werden kann.
  • 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.
  • 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.
  • 6 Patentansprüche 1 Figur

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Ob3ektivschutzvorrichtung ftlr Bearbeitungslaser, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor der Ob3ektiv (1) eine das Ob3ektiv völlig abdeckende Schutzacheibe (5) aus durchsichtige klarem Kunststoff angeordnet und un eine zua Laserstrahl (2) paralle le Achse drehbar gelagert ist und daß zwischen der Schntzscheibe (5) und der. Bearbeitungsstelle (4) zwei zueinander parallele, senkrecht zum Laserstrahl (2) wirkende Druckluftdüsen (6, 7) und gegenüber den Druckluftdüsen eine Absaugeinrichtung (8) angeordnet sind.
  2. 2. Ob3ektivschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Druckluftdüsen (6) nahe der Bearbeitungstelle (4) und die andere Druckluftdüse (7) nahe der Schutz scheibe (5) angeordnet ist.
  3. 3. Ob3ektivschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzscheibe (5) aus einem gegen mech#sche und thermische Einflüsse in hohem Maße formbestandigen Material besteht.
  4. 4. Objektivschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzscheibe (5) aus Acrylglas besteht.
  5. 5. Objektivschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schutzscheibe (5) und der Bearbeitungsstelle (4) konzentrisch zum Laserstrahl (2) ein Schutzrohr (12) mit gegenüberliegenden Öffnungen für die Druckluftdüsen (6, 7) und die Absaugeinrichtung (8) vorgesehen ist.
  6. 6. ObJektisSchutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugeinrichtung (s) aus einem schachtartigen Kanal besteht, dessen Länge etwas größer ist als der Abstand der Druckluftdüsen (6, 7) voneinander.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3208626A1 (de) * 1982-03-10 1983-09-22 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Laser-beschriftungseinrichtung
EP0645211A2 (de) * 1993-09-28 1995-03-29 Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. Laserstrahlungseinheit, Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung und Verfahren
EP1579944A3 (de) * 1998-09-08 2006-06-07 Hell Gravure Systems GmbH Laserstrahlungsquelle

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