DE8715593U1 - Workpiece processing device - Google Patents
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Description
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R. 21517
11.11.1987 St/PiR. 21517
11.11.1987 St/Pi
Die Erfindung geht aus von einer Werkstück-Bearbeitungsvorrichtung nach aer Gattung des Hauptanspruchs. Durch die DE-OS 22 00 696 ist •ine Einrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen bekannt geworäva, welche eine genaue, direkte Temperaturmessung eines erhitzten Bereichs des zu bearbeitenden Werkstückes erlaubt. Hierzu ist die Einrichtung mit einem Strahlungsdetektor ausgerüstet, welcher der Wärmestrahlung des vom Laserstrahl erhitzten Werkstücks ausgesetzt ist. Der Strahlungsdetektor gibt ein von der Stärke der Wärmestrahlung abhängiges Ausgangssignal ab, das zur Leistungssteuerung des Lasers ausgewertet wird. Die zu bearbeitende, beispielsweise zu härtende Zone, des Werkstücks wird durch den von einem Umlenkspiegel auf das Werkstück gerichteten Laserstrahl aufgeheizt, äer im wesentlichen eine einzige, relativ große Wellenlänge aufweist. Die Intensität der infolge der örtlichen Erhitzung des Werkstücks abgegebenen Wärmestrahlung wird gemessen und die Leistung des Laserstrahls in Abhängigkeit von der Intensität der gemessenen Wärmestrahlung gesteuert. Die Aufheizung der Werkstückzone wird beendet, sobald die gemespene Intensität einen vorgegebenen Schwellwsrt erreicht, Hierzu wird der Laser entweder abgeschaltet oder der Laserstrahl mittels einer in deli Strahlengang einbringbären Abdeckung un-The invention is based on a workpiece processing device according to the type of the main claim. DE-OS 22 00 696 discloses a device for processing workpieces using laser beams, which allows an accurate, direct temperature measurement of a heated area of the workpiece to be processed. For this purpose, the device is equipped with a radiation detector, which is exposed to the thermal radiation of the workpiece heated by the laser beam. The radiation detector emits an output signal that depends on the intensity of the thermal radiation, which is evaluated to control the power of the laser. The zone of the workpiece to be processed, for example to be hardened, is heated by the laser beam directed onto the workpiece by a deflection mirror, which essentially has a single, relatively long wavelength. The intensity of the thermal radiation emitted as a result of the local heating of the workpiece is measured and the power of the laser beam is controlled depending on the intensity of the measured thermal radiation. The heating of the workpiece zone is stopped as soon as the measured intensity reaches a predetermined threshold. For this purpose, the laser is either switched off or the laser beam is covered by a cover that can be inserted into the beam path.
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terbrochen. Damit lassen sich gute Resultate erzielen, da die Werkstückoberfläche nicht länger und nicht mit höherer Temperatur erhitzt wird als es für die jeweilige Bearbeitung erforderlich ist. Der Strahlungsdetektor ist bei der be^~-inten Vorrichtung so angeordnet, daß er von der vom Werkstück ausgehenden Wärmestrahlung direkt getroffen wird. Dies bedeutet, daß die Steuerung des Lasers nur dann zufriedenstellend funktioniert, wenn außenliegende Zonen eines Werkstücks bearbeitet werden, die fler Strahlungsdetektor "sehen" kann. Für die Bearbeitung innenliegender Flächen v*va Werk-Stücken, wie Bohrungen, Innengewinde und dergleichen ist die bekannte Einrichtung hingegen nicht oder weniger gut geeignet, da die Wärmestrahlung zum Detektor hin durch das Werkstück abgeschirmt ist.interrupted. This allows good results to be achieved, since the workpiece surface is not heated for longer and not at a higher temperature than is necessary for the respective processing. The radiation detector in the device in question is arranged in such a way that it is directly hit by the heat radiation emanating from the workpiece. This means that the control of the laser only functions satisfactorily when external zones of a workpiece are being processed, which the radiation detector can "see". However, the known device is not or less suitable for processing internal surfaces of workpieces, such as holes, internal threads and the like, since the heat radiation to the detector is shielded by the workpiece.
Um diese Hachteile zu beheben wird in einer älteren, noch nicht beksastegemachten Annieiausg vorgeschlagen, daß im Strahlengang des Lasers ein für die Strahlung mit der Wellenlänge des Laserstrahls durchlässiger Reflektor angeordnet ist, welcher vom Werkstück abgegebene Wärmestrahlung au dem außerhalb des Strahlengangs angeordneten Strahlungsdetektor lenkt. Diese Vorrichtung ist zum temperaturgesteuerten bzw. temperaturgeregelten Bearbeiten sowohl außen - als auch innenliegender Werkstückflächca mittels Laserstrahlung bei gleichbleibender Genauigkeit der Temperaturmessung geeignet. Jeder Wärmebehandlungprozeß an einem Werkstück kann so temperaturoesteuert bzw. temperaturgeregelt ausgeführt werden.In order to eliminate these problems, an older, not yet published, publication proposes that a reflector that is permeable to radiation with the wavelength of the laser beam be arranged in the beam path of the laser, which directs heat radiation emitted by the workpiece to the radiation detector arranged outside the beam path. This device is suitable for temperature-controlled or temperature-regulated processing of both external and internal workpiece surfaces using laser radiation while maintaining the same accuracy of temperature measurement. Every heat treatment process on a workpiece can thus be carried out in a temperature-controlled or temperature-regulated manner.
Die erfindungsgomäße Werkstückbearbeitungsvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptansprucho hat demgegenüber den Vorteil, daß die hochenergetische Laserstrahlung keine zusätzlichen, äsum Auskoppeln der vom Werkstück reflektierten Wärmestrahlung dienenden optischea Elemente durchlaufen muß. Dadurch werden Leistungsverluste der Laserstrahlung auf ein Minimum reduziert und dia Vor·The workpiece processing device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the high-energy laser radiation does not have to pass through any additional optical elements used to decouple the heat radiation reflected from the workpiece. This reduces power losses of the laser radiation to a minimum and the advantages
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- 3 - R4 21517- 3 - R4 21517
richtung arbeitet weitgehend unabhängig Von der Polariöatioüsrichfcung der Laserstrahlung. Außerdem wird der Aufbau der Vorrichtung durch Hegfall zusätzlicher optischer Bauelemente vereinfacht.The device works largely independently of the polarization direction of the laser radiation. In addition, the structure of the device is simplified by the use of additional optical components.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Heiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch vorgssshlagsnee Herk£feuek-B«?heitungevorriehtung möglich, Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, daß der Reflexionsbelag durch ein Reflexionsfilter gebildet ist, welches im wesentlichen durchlässig ist für die vom Werkstück ausgehende Härmestrahlung und im wesentlichen undurchlässig ist für die Strahlung mit der Hellenlänge des Laserstrahls.The measures listed in the subclaims make advantageous heat treatments and improvements of the heat treatment device proposed in the main claim possible. A particularly advantageous embodiment of the device consists in the fact that the reflection coating is formed by a reflection filter, which is essentially permeable to the heat radiation emanating from the workpiece and essentially impermeable to the radiation with the wavelength of the laser beam.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Gesamtansicht der Werkstück-Bearbeitungsvorrichtung. : An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. The figure shows a schematic overall view of the workpiece processing device. :
'Beschreibung des Ausführungsbeispiels'Description of the embodiment
In der Figur ist mit 1 ein Laser an sich bekannter Bauart bezeichnet, der ein im wesentlichen eine einzige Hellenlänge aufweisendes Strahlenbündel 2 aussendet. Ein zu bearbeitendes Werkstück 3 mit einer Incuibohrung 4 ist auf einem nicht gezeigten, drehbare Träger so angeordnet, daß eine Randzone 5 des Bodens 6 der Bohrung 4 durch den Laserstrahl 2, beispielsweise zwecks Oberflächenhärtung, erhitzt wird. Im Hege des Strahlenbündels 2 ist ein Spiegel 7 angeordnet, welcher die Laserstrahlung in Richtung des Werkstücks 3 umlenkt. Eine beispielsweise als Sammellinse 8 ausgebildete Fokussiereinrichtung liegt zwischen Spiegel t und Werkstück 3 im Strahlengang des Laser-Strahlenbündels 2, um dieses am Boden 6 der Bohrung 4 oder anIn the figure, 1 designates a laser of a known type which emits a beam 2 having essentially a single wavelength. A workpiece 3 to be machined with an incised bore 4 is arranged on a rotatable support (not shown) in such a way that an edge zone 5 of the bottom 6 of the bore 4 is heated by the laser beam 2, for example for the purpose of surface hardening. A mirror 7 is arranged in the vicinity of the beam 2, which deflects the laser radiation in the direction of the workpiece 3. A focusing device, designed for example as a converging lens 8, is located between the mirror t and the workpiece 3 in the beam path of the laser beam 2 in order to focus it on the bottom 6 of the bore 4 or on
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einer anderen gewünschten Stelle des Werkstücks 3 abzubilden. Die vöM Werkstück 3 bei dessen Erhitzung ausgehende Härmestrahlung (IS-Strahlung der Kellenlänge 780 nm bis 5 .um) wird von einem auf den Hellenlängenbereich dieser Strahlung ansprechenden Strahlungsdetektor 9 aufgenommen. Zu diesem Zwack ist der im Strahlengang 2 des Lasers 1 angeordnete Umlenkspiegel 7 mit einem Reflexionsbelag 10 versehen, welcher für die Strahlung mit der Hellenlänge der vom Werkstück 3 abgegebenen Härmestrahlung 11 durchlässig ist/ während •r die Laserstrahlung 2 in Richtung des Werkstücks 3 ablenkt. Deranother desired location on the workpiece 3. The heat radiation emitted by the workpiece 3 when it is heated (IS radiation with a wavelength of 780 nm to 5 .um) is recorded by a radiation detector 9 that responds to the wavelength range of this radiation. For this purpose, the deflection mirror 7 arranged in the beam path 2 of the laser 1 is provided with a reflection coating 10 that is permeable to the radiation with the wavelength of the heat radiation 11 emitted by the workpiece 3 / while deflecting the laser radiation 2 in the direction of the workpiece 3. The
\J Strahlungsdetektor 9 liefert ein der Stärke der Wärmestrahlung 11 proportionales elektrisches Ausgangssignal/ das nach Verstärkung in •inem Verstärker 12 als Istwert einem Regelkreis 13 zugeführt wird/ an dessen Ausgang der Laser 1 angeschlossen ist. Der Regelkreis 13 ist bestrebt/ die Laserleistung, d.h. die Energie des Strahlenbündels 2, auf einem zuvor in den Regelkreis eingegebenen Sollwert zu halten. Als Laser 1 wird vorzugsweise ein Kohlendioxyd-(CO_)-Laser verwendet/ dessen Strahlung eine Hellenlänge von etwa 10/6 um aufweist. Als Strahlungsdetektoren können pyroelektrische Detektoren benutzt werden, die bei Wellenlängen von SOO nm bis 5 .um ihre größte Empfindlichkeit aufweisen. Die Hellenlänge und die Intensität der Härmestrahlung des Werkstücks 3 sind von dessen Temperatur ab- The radiation detector 9 supplies an electrical output signal proportional to the intensity of the thermal radiation 11, which, after being amplified in an amplifier 12, is fed as an actual value to a control circuit 13, to whose output the laser 1 is connected. The control circuit 13 strives to keep the laser power, i.e. the energy of the beam 2, at a setpoint previously entered into the control circuit. A carbon dioxide (CO) laser is preferably used as the laser 1, the radiation of which has a wavelength of about 10/6 µm. Pyroelectric detectors can be used as radiation detectors, which have their greatest sensitivity at wavelengths of 500 nm to 5 µm. The wavelength and the intensity of the thermal radiation of the workpiece 3 depend on its temperature.
„ hängig. Bei einem Temperaturanstieg nimmt die Intensität der Wärme-“ dependent. When the temperature rises, the intensity of the heat
^- strahlung zu und ihre Spitzenwellenlänge verschiebt sich in Richtung kleinerer Hellenlängen. Die Herte unterscheiden sich aber immer deutlich von der Hellenlänge der Laserstrahlung 2, die bei einem CO -Laser erheblich langwelliger ist als die Härmestrahlung des Werkstücks 3. Es ist somit möglich, die Temperaturen in dem Bereich, in dem das Werkstück 3 aufgeheizt wird, direkt zu messen. Das Werkstück kann damit auf gleiche Temperatur gebracht werden. Unabhängig von der Ausgangsleistung des Lasers.^- radiation increases and its peak wavelength shifts towards smaller wavelengths. However, the wavelengths always differ significantly from the wavelength of the laser radiation 2, which in the case of a CO laser is considerably longer than the heat radiation of the workpiece 3. It is therefore possible to directly measure the temperatures in the area in which the workpiece 3 is heated. The workpiece can thus be brought to the same temperature. Independent of the output power of the laser.
Bei der vorgeschlagenen Werkstück-Bearbeitungsvorrichtung wird derjenige Teil der Wärmestrahlung 11 erfaßt und ausgewertet, welcherIn the proposed workpiece processing device, that part of the heat radiation 11 is recorded and evaluated which
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_ 5 - R. 21517_ 5 - R.21517
koaxial bzw« parallel zu dem vom Spiegel 7 umgelenkten Laserstrahl 2 verläuft. Dieser Teil der Wärmestrahlung 11 tritt durch den Reflexionsbelag 10 deB Umlenkspiegels 7 hindurch und wird über einen weiteren Umlenkspiegel 14 auf den Strahlungsdetektor 9 reflektiert. Da die Wellenlängen der Wärmestrahlung 11 und der Laserstrahlung 2 deutlich voneinander abweichen, ist eine saubore Trennung mittels eines die Schicht 10 bildenden Reflexionsfilters möglich, welches die ankommende Laserstrahlung in Richtung des Werkstücks 3 umlenkt, für die vom Werkstück 3 ausgehende Wärmestrahlung hingegen im wesentlichen durchlässig ist. Das die Schicht 10 bildende Reflexionsfilter ist in Form eines beispielsweise aufgedampften Belags auf einem für die Wärmestrahlung 11 durchlässigen Träger, beispielsweise einer Glasplatte 15, aufgebracht. Vorzugsweise ist das Reflexionsfilter als Mehrschichten-Interferenz-Filter mit einem Sperrbereich für die Laserstrahlung 2 und einem Ourchlaßbereich für die Wärmestrahlung 11 ausgebildet.coaxial or parallel to the laser beam 2 deflected by the mirror 7. This part of the thermal radiation 11 passes through the reflection coating 10 of the deflection mirror 7 and is reflected onto the radiation detector 9 via a further deflection mirror 14. Since the wavelengths of the thermal radiation 11 and the laser radiation 2 differ significantly from one another, a clean separation is possible by means of a reflection filter forming the layer 10, which deflects the incoming laser radiation in the direction of the workpiece 3, but is essentially transparent to the thermal radiation emanating from the workpiece 3. The reflection filter forming the layer 10 is applied in the form of a coating, for example vapor-deposited, on a carrier that is transparent to the thermal radiation 11, for example a glass plate 15. The reflection filter is preferably designed as a multi-layer interference filter with a blocking area for the laser radiation 2 and a passing area for the thermal radiation 11.
Die beschriebene Werkstück-Bearbeituagsvorrichtung wird vorzugsweise zum Oberflächenhärten von Werkstücken verwendet, mit dem Vorteil, daß auch innenliegende Zonen, beispielsweise Bohrungen und dergleichen, «ärmegeregelt gehärtet werden können. Darüber hinaus ist die Vorrichtung aber auch zum Schneiden und Schweißen von Werkstoffen einsetzbar, wobei der Strahlungsdetektor 9 dafür sorgt, daß sich die Leistung des Lasers 1 jeweils an einem vorgegebenen Sollwert orientiert. Sowohl die Oberflächenbehandlung als auch das Fügen und Trennen sind mit einem Minimum an eingebrachter Wärme unter Vermeidung von Leistungsverlusten der Laserstrahlung möglich, wobei die Strahlführung eine wärmegeregelte Behandlung an schwierig zugänglichen Stellen erlaubt.The workpiece processing device described is preferably used for surface hardening of workpieces, with the advantage that internal zones, for example holes and the like, can also be hardened in a heat-controlled manner. In addition, the device can also be used for cutting and welding materials, whereby the radiation detector 9 ensures that the power of the laser 1 is always based on a predetermined target value. Both the surface treatment and the joining and separating are possible with a minimum of heat introduced while avoiding power losses of the laser radiation, whereby the beam guidance allows heat-controlled treatment in difficult-to-access places.
Obwohl der bei der bevorzugten Ausführungsform gewählte Laser ein CO -Laser mit einer Ausgangswellenlänge von etwa 10,6 /um ist, können auch Laser verwendet werden, die mit einer anderen Wellen-Although the laser chosen in the preferred embodiment is a CO laser with an output wavelength of about 10.6 / um, lasers operating at a different wavelength can also be used.
c* tut c* does
- 6 - &Pgr;. 21517- 6 - &Pgr;. 21517
lange arbeiten» So könnte beispielsweise ein YÄG-Laser vorwendet «erden/ dessen Strahlung eine Hellenlänge von etwa 1,06 ,um aufweist. Wesentlich ist, daß sich die Wellenlänge der Laserstrahlung von der Hellenlänge der vom erhitzten Werkstück 3 .abgegeben !R-Btrahlung unterscheidet. Die parallele Strahlführung der wärmestrahlung 11 zur Laserstrahlung 2 macht eine präzise Wärmebehandlung an jeder, vom Laserstrahl zu erreichenden Stelle des Werkstücks möglich.long time" For example, a YÄG laser could be used whose radiation has a wavelength of about 1.06 μm. It is important that the wavelength of the laser radiation differs from the wavelength of the !R radiation emitted by the heated workpiece 3. The parallel beam guidance of the heat radiation 11 to the laser radiation 2 makes precise heat treatment possible at every point on the workpiece that the laser beam can reach.
Der Umlenkspiegel 14 für die Wärmestrahlung 11 kann entfallen/ wenn 1/ der Strahlungsdetektor 9/ wie in der Figur in gestrichelten LinienThe deflection mirror 14 for the thermal radiation 11 can be omitted/ if 1/ the radiation detector 9/ as shown in the figure in dashed lines
angedeutet, direkt oberhalb des Umlenkspiegels 7 im Strahlengang der Wärmestrahlung 11 angeordnet wird.indicated, is arranged directly above the deflection mirror 7 in the beam path of the heat radiation 11.
Claims (4)
11.11.1987 St/PiR. 21517
11.11.1987 St/Pi
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|---|---|---|---|
| DE8715593U DE8715593U1 (en) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | Workpiece processing device |
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| DE8715593U DE8715593U1 (en) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | Workpiece processing device |
Publications (1)
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| DE8715593U1 true DE8715593U1 (en) | 1989-03-23 |
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Family Applications (1)
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| DE8715593U Expired DE8715593U1 (en) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | Workpiece processing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8715593U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019001630A3 (en) * | 2017-06-30 | 2019-02-21 | Scansonic Mi Gmbh | Method for hardening a portion of a wall of a recess, and treatment device for carrying out said method |
-
1987
- 1987-11-25 DE DE8715593U patent/DE8715593U1/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019001630A3 (en) * | 2017-06-30 | 2019-02-21 | Scansonic Mi Gmbh | Method for hardening a portion of a wall of a recess, and treatment device for carrying out said method |
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