DE2947071A1 - ARRANGEMENT FOR PRECISION MATERIAL MACHINING BY LASER BLASTING - Google Patents
ARRANGEMENT FOR PRECISION MATERIAL MACHINING BY LASER BLASTINGInfo
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Description
Anmelder:Applicant:
VEE Feinmechanische Werke HalleVEE Feinmechanische Werke Halle
402 Halle/S., Budolf-Breitscheid-Str402 Halle / S., Budolf-Breitscheid-Str
Anordnung zur Präzisionsmaterialbearbeitung mittels Laserstrahlen Arrangement for precision material processing by means of laser beams
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Präzisionsmaterialbearbeitung mittels Laserstrahlen verschiedenster Werkstoffe und Arbeitsverfahren, wie Schneiden, Schweißen und Gravieren in vorgegebenen numerisch gesteuerten Bahnen und Konturen.The invention relates to an arrangement for precision material processing by means of laser beams of various materials and work processes, such as cutting, welding and engraving in predetermined numerically controlled paths and contours.
In der Zeitschrift Laser und Elektro-Optik, Heft 1/1975, S· 18 wird bereits der Einsatz der Laserstrahlen zur Bearbeitung von verschiedenen Materialarten beschrieben, bei der die Manipulation der Laserstrahlen auf den Ort der Materialbearbeitung erfolgt. Hierbei werden relative Bewegungen zwischen dem Laserstrahl und der zu bearbeitenden Werkstückebene ausgeführt. Der Nachteil dieser bekannten technischen Lösung besteht darin, daß bei der Präzisionsbearbeitung im Bereich von hundertstel Millimetern der Laser und die Laseroptik gemeinsam über das Werkstück bewegt werden muß und infolge der Massenträgheit dieser Aggregate nur verhältnismäßig geringe Bearbeitungsgeschwindigkeiten mit einen hohen Genauigkeitsgrad erzielt werden. Laser großer kontinuierlicher Ausgangsleistung weisen auch ein hohes Gewicht auf, wodurch die Präzisionsmaterialbearbeitung erschwert wird. Diesen Nachteil wird in der DD-PS 12? 550 dadurch begegnet, indem nur dia leichte Laseroptik mit hoher Geschwindigkeit über die Werkstückebene bewegt wird. Hierbei wirdIn the magazine Laser und Elektro-Optik, issue 1/1975, The use of laser beams for processing various types of material is already described on page 18 of the manipulation of the laser beams on the place of material processing he follows. This involves relative movements between the laser beam and the workpiece plane to be machined executed. The disadvantage of this known technical solution is that the precision machining in the range of hundredths of a millimeter the laser and the laser optics must be moved together over the workpiece and only because of the inertia of these units relatively low processing speeds can be achieved with a high degree of accuracy. Laser big continuous output are also heavy, making precision material processing difficult will. This disadvantage is in the DD-PS 12? 550 encountered by by moving only the light laser optics at high speed over the workpiece level. Here is
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zwischan dein Auskoppelfenstar des Lasers und dem Laserstrahl auf zwei an dar iPuhrungsinaschina angeordnete Umlenkspiegel ein justierbares Reflexionsspiegelpaar angeordnet, dessen ICr umia angsr a die η aufeinander abgestimmt sind. Die Spie ge Ige oma tr ie wild durch die Abstandsänderung der »Spiegel des Reflexionsspiegelpaares beeinflußt, liei dieser Laserschneideinrichtung ist eine Präzisionsbearbeitung hoher Reproduzierbarkeit nicht möglich, da beim Searbaitungsvoxgang infolge der Bewegungen permanent De Justierungen der Laserstrahlrichtungen auftreten. Aus der Dd-OS 2222668 sind Jus tier vorrichtungen von Laserspiegala bekannt, dia extern mit Mikrometerschrauben eingestellt werden, wobai 3 mm der jeweils 120° versetzte Justierpunkte auf Konusuiikrotaeterspindaln aina Justierung der Spiegel auf einer definierten Achse ermöglichen. Der Mangel diasar Anordnung besteht darin, daß neben der kostanintensiven Konstruktion eine ständige Nach justierung an der axialen ulikr oma tar schraube der Spiegel insbesondere bei der Priizisionsmaterialbearbeitung erforderlich ist. Alle diese bekannten Vorrichtungen besitzen den Nachteil, daß die Meßergebnisse, infolge einer bishex unkontrollierbaren Reflexionsstrahlung vom Werkstick auf die Meßwerke, verfälscht werden und demzufolge kain exaktar Ist-Wert-Soll-Wert-Vergleich angestellt werden kann.between your decoupling star of the laser and the laser beam on two deflecting mirrors arranged on the iPuhrungsinaschina an adjustable pair of reflecting mirrors arranged, whose ICr umia angsr a the η are coordinated with one another. the Spie Ige oma tr ie wildly by changing the distance between the »mirrors of the pair of reflecting mirrors is influenced by this laser cutting device precision machining with a high level of reproducibility is not possible because machining is carried out as a result of the movements permanent de adjustments of the Laser beam directions occur. From the Dd-OS 2222668 are Jus tier devices known from laser mirror, slide external can be adjusted with micrometer screws, whereby the 3 mm Adjustment points offset by 120 ° on Konusuiikrotaeterspindaln aina adjusting the mirror on a defined one Enable axis. The lack of diasar arrangement consists in that in addition to the cost-intensive construction there is a permanent one After adjusting the mirror on the axial ulikr oma tar screw especially necessary for precision material processing is. All these known devices have the disadvantage that the measurement results, as a result of a bishex uncontrollable reflection radiation from the factory stick the measuring units, are falsified and consequently an exact actual-value-target-value comparison can be made.
Zwack der iärfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Präzisionsmaterialbearbeitung mittels Laserstrahlen, dia während des Betriebes sowohl eine Steigerung der Arbeitsproduktivität, als auch eine reproduzierbar hohe Bearbeitungsqualität garantiert.The purpose of the invention is to create an arrangement for Precision material processing using laser beams, dia during operation both an increase in labor productivity, as well as a reproducibly high processing quality guaranteed.
Der ü&findung liagt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur numerisch gesteuerten Präzisionsmatarialbearbeitung mittels Laserstrahlen und mit einer beweglichen Bearbeitungsoptik ausgestattet, derart zu konzipieren, daß eineThe finding is based on the task of creating an arrangement for numerically controlled precision machining by means of laser beams and equipped with a movable processing optics, to be designed in such a way that a
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hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit im hundertstel luillimetex-Genauigkeitsbereich erreicht wird.high processing speed in the hundredth of a luillimetex accuracy range is achieved.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird folgendermaßen gelöst: Über einer Bearbeitungsfläche ist eine Präzisionsführungseinrichtung, in der bekannten Bauart eines ouerträgersupportes, fahrbar angeordnet. Die Präzisionsführungseinrichtung enthält einen X- und einen Y-.\ntrieb, die mit einer numerischen Steuerung verbunden sind, ein Meßwerk II mit einer Meßlochblende und einem darunter angeordneten Laserschneidkopf, der etwa in 2 bis 3-facher Brennweite von der Laserschneidoptik entfernt ist. Das Meßwerk II ist durch eine XL·-Spannung mit einer Meßwartspannungseinrichtung verbunden. Außerhalb der Präzisionsführungseinrichtung befindet sich die Lasers trahlungsquelle mit ihrem teleskopischen System, ein Meßwerk I, das aus einem Umlenkmeßkörper und aus einem Meßkegel besteht, ein Steller I1 ein automatisch verstellbarer Justiarspiegel und ein Steller II. Am Meßwerk I ist über eine U2-Spannung die Meßwertspannungseinrichtung angeschlossen, die wiederum über einen Verstärker I, einen Reeler I mit einer Gxenzwexteinstellung und dorn .Stellar II korrespondiert. Am Regler I ist über eine externe Führungsspannung ein Vexstäxkex II mit dem Reglex II vexbunden, dex auch mit den Vexstäxkex I sowie mit dem Stellex I in Vexbindung steht. Dex Umlenkmeßköxpex ist an sainei ebenen Reflexionsfläche hochreflektierend vergütet, (iegenüber dex ebenen Reflexionsfläche ist unter einem Keilwinkel von 5° bis 17° eine gewölbte optisch abbildende Fläche angeordnet. Beim Betrieb der Anlage wird die Laserstrahlungsquelle, die mit dem teleskopischen System korrespondiert, exakt in Richtung der ersten Koordinate der Präzisionsfahrungseiorichtung gelenkt. Einer der Spiegel des teleakopischen Sys tames ist ebenfalls zusätzlich als Umlenkmeßkörper ausgebildet. Der hochreflektierende Teil der Laserstrahlung des Umlenkmeßkörpers reflektiert den Laserstrahl über den Umlenkspiegel,The object according to the invention is achieved as follows: A precision guide device, of the known type of carrier support, is movably arranged above a machining surface. The precision guide device contains an X and a Y drive, which are connected to a numerical control, a measuring mechanism II with a measuring pinhole and a laser cutting head arranged below it, which is about 2 to 3 times the focal length away from the laser cutting optics. The measuring mechanism II is connected to a measuring maintenance voltage device by an XL · voltage. Outside the precision guidance device is the laser radiation source with its telescopic system, a measuring unit I, which consists of a deflection measuring body and a measuring cone, a controller I 1, an automatically adjustable adjusting mirror and a controller II. At the measuring unit I is a U 2 voltage connected the measured value voltage device, which in turn corresponds to an amplifier I, a Reeler I with a Gxenzwexteinrichtung and dorn .Stellar II. A Vexstäxkex II is vex-connected to the Reglex II via an external reference voltage on the controller I, and is also connected to the Vexstäxkex I and the Stellex I. Dex Umlenkmeßköxpex is coated with a highly reflective coating on a flat reflective surface, (a curved, optically imaging surface is arranged at a wedge angle of 5 ° to 17 ° at a wedge angle of 5 ° to 17 ° One of the mirrors of the teleakopic system is also designed as a deflecting measuring body. The highly reflective part of the laser radiation from the deflecting measuring body reflects the laser beam via the deflecting mirror,
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durch die Meßlochblende zum Meßwerk II in den Laserschneidkopf. Der transmit tier ende Anteil der Laserstrahlung gelangt als Meßsignal in den Meßkegel und wird hier als U^- Spannung sowie als Ug-Spannung zur Meßwertspannungseinrichtung geführt. Das Meßsignal dient der Messung der Laserstrahlungsleistung während der Material bear bei tang und wird zusätzlich der Stabilisierung der Laserstrahlungsquelle verwendet, j&n Spiegel des teleskopischen Sys tames ist an einer Justier halterung befestigt, die in zwei senkrecht zueinander justierbaren Koordinaten über die steuerbaren Steller I und Steller II unabhängig voneinander einstellbar schwenkbar angeordnet ist. Störungen bei der Übertragung des hochreflektier erden !feiles der Laserstrahlung, dar Bewegung der Fräzisionsführungseinrichtung, der Leistungsschwankungan, der Strahlrichtungsänderungen und Netzspannungsschwankungen werden derart kompensiert, indem am Meßwerk I des Umlenkmeßkörpers und am Meßwerk II de zentrierende Strahlungsabschattungen an der Meßlochblende als Differenzwerte erfaßt werden und als Regelgrößen der dynamischen Nachjustage des automatischen Justier3piegels dienen.through the measuring hole diaphragm to the measuring mechanism II into the laser cutting head. The transmit tier end portion of the laser radiation arrives as a measuring signal in the measuring cone and is here as U ^ - Voltage as well as Ug voltage for the measured value voltage device guided. The measurement signal is used to measure the laser radiation power during the material bear at tang and is also used to stabilize the laser radiation source used, j & n is the mirror of the telescopic system attached to an adjustment bracket, which is vertical in two Coordinates that can be adjusted to one another can be set independently of one another via the controllable controller I and controller II is pivotably arranged. Disturbances in the transmission of the highly reflective grounding! File of the laser radiation, representing movement the precision guide device, the power fluctuation, the changes in the direction of the beam and fluctuations in the mains voltage are compensated for by de centering on the measuring unit I of the deflection measuring body and the measuring unit II Radiation shadowing at the measuring pinhole diaphragm as difference values and serve as control variables for the dynamic readjustment of the automatic adjustment mirror.
Die Erfindung soll anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Ss zeigen*The invention is to be explained in more detail with reference to drawings will. Show ss *
Fig. 1s eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung,Fig. 1s a schematic representation of the invention Arrangement,
Pig. 2s eine Draufsicht des steuerbaren Steilere,Pig. 2s a plan view of the controllable steeper,
Fig. 3s eine Seitenansicht nach Fig. 2 mit Koordinatensteller, FIG. 3s a side view according to FIG. 2 with a coordinate adjuster,
Fig. 4s eine Seitenansicht nach Fig. 2, spiegelseitig,FIG. 4s a side view according to FIG. 2, on the mirror side,
Fig. 5s einen Schnitt Fig. 2 des steuerbaren Stellers,Fig. 5s a section of Fig. 2 of the controllable actuator,
Fig. 6s einen Schnitt durch einen Umlenkmeßkörper .6s shows a section through a deflection measuring body.
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Jäin bekannbar .,uiar träger support ist als Pxäzisionsfühiungseinrichtung 38 aber einer Bearbeitungsflache 13 fahrbar angeordnet. Die Präzisionsfuhrungsainrichtang 38 enthält einen X-Antxieb 16 sowie einen Y-Anbrieb 15, die mit einex numerischen Steuerung Ϊ4 gekoppalt sind, ein Meßwerk II 12 mit einax Maßlochblende 21 und einen darunter angeordneten Laserschnaidkopf, dex etwa in zwei- bis dreifacher Brennweite von der Laserschneidoptik entfernt ist. Das Maßwerk II 12 ist durch eine XL·—Spannung 9 mit einex Meßwertspannungseinrichtung 3 verbunden. Außerhalb der Präzisionsführungseinrichtung 38 befindet sich die Laserstrahlungsquelle 1 mit ihrem telaskopischen System 2, ein ivießwerk I Il mit einem Umlankmeßkör-pex 36, das ainan Meßkegel 28 besitzt, ein Stellar I 17i ein automatisch vexsteilbarer Justierspiegel 22 und ein Steller II 18, Am Meßwerk I 11 ist über eine U2-Spannung 10 dia Llaßwar tspannungseinrichtung J angeschlossen, die wiederum über ainan Verstärker I 4, einen Reglar I 6 mit einer Gxanzwarteinstellung 19 und dem Steller II 18 korrespondiert. Am Reglar I 6 ist über eine externe Führungsspannung 8 ain Versbarkar II 5 ^i t data Ragler II 7 verbunden, dar auch mit dem Verstärker I 4 sowie mit dem Staller I 17 in Verbindung steht. Der an einer Systemhalterung 35 schwenkbar befestigte UmIankmaßkörper 36 mit Kühlung 33 ist an seiner ebenan Reflexionsfläche 41 hochxeflektierend vergütet. Gegenüber der ebenan Raflaxionsfläche 41 ist unter einem Keilwinkel 42 von 5° bis 17° eine gewölbte optisch abbildende Fläche 40 angeordnet. Beim Betrieb der Anlage wird die Lasexstrahlungsquella Ί, die mit data taleskopischen System 2 korrespondiert, exakt in Richtung der ersten Koordinate dex Präzisionaführungseinrichtung 38 gelankt. Einer dar Spiegel des teleskopischen Sysbeiüies 2 ist ebenfalls zusätzlich als UmIenkmeßköxpex 36 ausgebildet, Dex hochxeflektiaxende Teil dax Laserstrahlung 25 des Umlenkmeßkörpers 36 reflektiert den Laserstrahl 27 über den Umlenkspiegel 20, durch die Meßlochblende 21 zum kleßwerk II 12 in dan Laserschneidkopf.Yes, it is known, and the carrier support is arranged as a precision guide device 38 but a machining surface 13 so that it can be moved. The precision guide device 38 contains an X-drive 16 and a Y-drive 15, which are coupled with a numerical control Ϊ4, a measuring mechanism II 12 with a pinhole diaphragm 21 and a laser cutting head arranged below, dex about two to three times the focal length of the laser cutting optics away. The tracery II 12 is connected to a measured value voltage device 3 by an XL voltage 9. Outside the precision guide device 38 is the laser radiation source 1 with its telascopic system 2, an ivießwerk II with a Umlankmeßkör-pex 36, which has a measuring cone 28, a stellar I 17i, an automatically adjustable adjusting mirror 22 and an actuator II 18, Am measuring unit I 11 is connected via a U 2 voltage 10 dia Llaßwar tspannungseinrichtung J, which in turn corresponds via ainan amplifier I 4, a controller I 6 with a Gxanzwart setting 19 and the controller II 18. At Reglar I 6 is connected via an external control voltage 8 to Versbarkar II 5 ^ it data Ragler II 7, which is also connected to amplifier I 4 and to Staller I 17. The circumferential measuring body 36 with cooling 33, which is fastened pivotably on a system holder 35, is coated in a highly reflective manner on its reflective surface 41. A curved, optically imaging surface 40 is arranged opposite the flat surface 41 at a wedge angle 42 of 5 ° to 17 °. During operation of the system, the laser radiation source Ί, which corresponds to the data talescopic system 2, is linked exactly in the direction of the first coordinate of the precision guide device 38. One of the mirrors of the telescopic system 2 is also designed as a UmIenkmeßköxpex 36, Dex hochxeflektiaxende part dax laser radiation 25 of the Umlenkmeßkörpers 36 reflects the laser beam 27 via the deflection mirror 20, through the measuring pinhole 21 to the Kleßwerk II 12 in the laser cutting head.
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Dar br anstait tier ende Anbau der Lasers ei ablung 26 gelangt als Meßsignal 29 in den Maßkegal 28 und wird hier als U1-Öpannung 9 sowie als !^-Spannung 10 zui Maßwertspannungseinrichtung 3 geführt. Das Meßsignal 29 dient der iüassung der Lasers trahlungsleistung während der Materialbearbeitung und wird zusätzlich zur Stabilisierung der Lasarstrahlangsquelle i verwendet, täin Spiegel des teleskopischen Systeiaes 2 ist an einer Justierhalterung 39 befestigt, die in zwei senkrecht zueinander justierbaren Koordinaten 30 über die steuerbaren Steiler I 17 und Steller II *"|8 durch eine jünstelischraube 3^·, eine Hegelsignaleingabe 31 und einen steuerbaren Steller 24 unabhängig voneinander einstellbar schwenkbar angeordnet ist. Störungen bei der übertragung des hochreflektierenden Seiles der Laserstrahlung 25, der Bewegung der Präzisionsführungseinrichtung 38, der Leistungsschwankungan, der Strahlrichtungsänderungen sowie Netzspannungsschwankungan werden derart kompensiert, indem am Maßwerk I das Urnlankmeßkörpers 11 und an Meßwerk II 12, dezenbriarenda Strahlungsabschat tungen an der Ließlochblende 21 als Differenzwerte erfaßt werden und als Regelgrößen dar dynamischen Nachjustierung das automatischen Justiarspiegels 22 dienen. Für den Einsatz der Spektralanalyse wird während dar Bearbeitung dar Umlenlcaaßkörper 36 um 180° gedreht. Damit erhält dar Meßkegel 28 unverfälschte Werte des Reflaxionsanteilas des hochreflektierenden Teiles der Laserstrahlung 25 vom zu untersuchenden Werkstoff, wodurch Spektralanalysen auch an großflächigen Werkstoffen durchgeführt werden können. Die erfindungsgamäße Anordnung garantiert, infolge einer leichten, schnall arbeitenden und automatisch justierbaren Regelung der Richtung der Laserstrahlen 27, aina Steigerung dar Arbeitsproduktivität und ainam Genauigkeitsgrad bei der Präzisionsmaterialbearbeitung im Bereich von hundertstal Millimetern.The installation of the laser device 26 arrives at the measurement signal 29 in the measurement signal 28 and is fed here as U 1 voltage 9 and as voltage 10 to measurement value voltage device 3. The measurement signal 29 is used to measure the laser radiation output during material processing and is also used to stabilize the laser beam source i, the mirror of the telescopic system 2 is attached to an adjustment bracket 39, which can be adjusted in two mutually perpendicular coordinates via the controllable Steiler I 17 and Actuator II * "| 8 is arranged so that it can be pivoted independently of one another and can be pivoted independently of one another by a Jünstelisch screw 3 ^ ·, a Hegel signal input 31 and a controllable actuator as well as mains voltage fluctuations are compensated for in that on tracery I the urnlank measuring body 11 and on measuring unit II 12, dezenbriarenda Strahlungsverschat lines on the Ließlochblende 21 are recorded as difference values and as controlled variables of the dynamic readjustment d serve as the automatic adjustment mirror 22. For the use of the spectral analysis the Umlenlcaaßkörper 36 is rotated by 180 ° during the processing. The measuring cone 28 thus receives unadulterated values of the reflection component of the highly reflective part of the laser radiation 25 from the material to be examined, whereby spectral analyzes can also be carried out on large-area materials. The arrangement according to the invention guarantees, as a result of an easy, fast-working and automatically adjustable regulation of the direction of the laser beams 27, an increase in work productivity and a degree of accuracy in precision material processing in the range of hundredths of a millimeter.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |