NL9500331A - Laserbewerkingssysteem. - Google Patents

Description

Laserbewerkingsysteera.

De uitvinding heeft betrekking op een laserbewerkingsysteem voor de bewerking van een tijdelijk in een inspanelement vastgezet werkstuk.

Bekend is om door middel van één of meer beweegbare spiegels een laserstraal vanuit een laserstraalbron op een werkstuk te projecteren en door kantelbewegingen van de spiegels daar overheen te bewegen. Het in het inspanelement vastgezette werkstuk blijft daarbij voortdurend onbeweeglijk. Deze bewerkingsmethodiek is onnauwkeurig gebleken, en voorts is er geen apparatuur in de handel waarmee werkstukafmetingen groter dan 120 x 120 millimeter in één keer zijn te bewerken. De nauwkeurigheid van de bekende machines op dit terrein is maximaal 0,1 millimeter.

De uitvinding beoogt een laserbewerkingseenheid welke een hoge nauwkeurigheid kan bereiken en tegelijkertijd aanzienlijk grotere werkstukoppervlakken in één keer kan bewerken zonder de noodzaak voor kostbare en/of ingewikkelde apparatuur, zodat de uitvoering en betrouwbaarheid van de bewerkingseenheid optimaal is, en deze doelmatig inzetbaar is.

Daartoe stelt de onderhavige uitvinding voor een laserbewerkingssyteem overeenkomstig conclusie 1.

Door het inspanelement, bijvoorbeeld een bewerkingstafel, beweegbaar uit te voeren ten opzichte van de laserstraalbron kan verrassenderwijs een aanzienlijk grotere nauwkeurigheid van werking worden bereikt terwijl het zelfs mogelijk is gebleken, de opbouw van de apparatuur te vereenvoudigen. Voorts is het mogelijk gebleken, dat in één keer een aanzienlijk groter werkstukoppervlak, bijvoorbeeld met een afmeting van 1 x 1 m., met de laserstraal is te bestrijken, zonder dat tussentijds het werkstuk ten opzichte van het inspanelement moet worden verplaatst. Enerzijds komt dit ten goede aan de nauwkeurigheid van de bewerking van grote werkstukken. Anderzijds wordt bij het bewerken van grote werkstukken een aanzienlijke tijdsbesparing behaald aangezien het aantal malen dat het werkstuk moet worden ingespannen aanzienlijk is te verminderen. Voordelige uitvoeringen van de uitvinding zijn aangegeven in de volgconclusies. Door het beweegbare inspanelement te combineren met één of meer kantelbare spiegelelementen is het voorts mogelijk gebleken, met relatief geringe inspanningen bijvoorbeeld verschillende deelgebieden op het werkstuk na elkaar te bewerken waarbij de bewerking per deelgebied voor een groot deel, bijvoorbeeld tenminste 50% een herhaling is van de in een voorgaand deelgebied uitgevoerde bewerking. De bewerking per deelgebied wordt dan hoofdzakelijk uitgevoerd door middel van het kantelen van de spiegels, terwijl de verplaatsing van deelgebied naar deelgebied uitgevoerd wordt door beweging van het inspanelement. De besturing voor het kantelen van de spiegelelementen hoeft dan, voor wat betreft de herhaald uitgevoerde bewerkingen, niet te worden omgerekend aangezien tijdens de bewerking van een respectief deelgebied zijn stand ten opzichte van de laserstraalbron telkens dezelfde is. Op deze wijze kan bijvoorbeeld een groot aantal metalen, maar bijvoorbeeld ook kunststoffen, labels met in hoofdzaak dezelfde informatie snel en doelmatig worden gegraveerd, uitgaande van een groot vel waarin de afzonderlijke labels op bijvoorbeeld eenvoudig losneembare wijze (perforaties) zijn geïntegreerd, terwijl de besturing ten behoeve van het graveren relatief eenvoudig is te houden. Deze methodiek is nader geformuleerd in conclusies 4 en 5.

Voor een nauwkeurige besturing van het inspanelement ten opzichte van de laserstraalbron verdient toepassing van de zogenaamde laser-interferometrie de voorkeur. Daarmee is bijvoorbeeld de beweging van een vast punt op het inspanelement of het daarin ingeklemde werkstuk mogelijk. Wijkt dat vaste punt tijdens zijn beweging af van een voorafbepaalde baan, kan op relatief eenvoudige wijze een correctie worden uitgevoerd door middel van een besturingscorrectie voor de beweging van het inspanelement.

In het hiernavolgende wordt de uitvinding nader toegelicht aan de hand van een niet-beperkend uitvoeringsvoorbeeld, weergegeven in de bijgevoegde enige figuur. Daarin is schematisch in perspectief een laserbewerkingssysteem overeenkomstig de uitvinding getoond. Weergegeven is een laserstraalbron 1, welke een laserstraalbundel 2 uitzendt. Die laserstraalbundel 2 wordt met een spiegel 3 afgebogen en geprojecteerd op een werkstuk 4 dat is geplaatst op een in zijn vlak beweegbare bewerkingstafel 5. Zoals weergegeven met de pijlen is die tafel 5 in langs- en dwarsrichting beweegbaar. Het het getoonde systeem' zijn twee bewerkingen mogelijk:

Bij het eerste bewerkingstype wordt de spiegel 3 in een vaste stand opgesteld. Vervolgens wordt de tafel 5 in zijn vlak bewogen, waartoe deze wordt aangestuurd door een rekeneenheid, bijvoorbeeld de microprocessor van een zogenaamde personal computer (niet getoond). Op deze wijze zal de laserstraalbundel 2 over het werkstuk 4 worden bewogen, waarbij een nauwkeurigheid van 0,1 μη kan worden behaald, terwijl de tafel bijvoorbeeld een afmeting van 1.0 m lang en 1.0 m breed kan bezitten. Op deze wijze is het werkstuk 4 bijvoorbeeld te voorzien van putjes of parallelle streepjes, bijvoorbeeld een zogenaamde streepjescode van twee verschillende lijndikten.

Bij het tweede toepassingstype wordt de spiegel 3 telkens in verschillende kantelstanden gebracht door middel van de besturingseenheid. Daartoe kan, bij stilstaande ta£el 5, de laserstraalbundel 2 over het werkstukoppervlak "kwispelen” (scannen). Echter is het werkzame gebied van de laserstraalbundel 2 op die wijze beperkt tot deelgebieden van de ta£el 5, bijvoorbeeld 120 mm x 120 mm, terwijl de nauwkeurigheid niet groter zal zijn dan 0,1 mm.

Vanzelfsprekend kunnen grotere werkgebieden of een grotere nauwkeurigheid worden bereikt, echter tegen astronomische kosten welke commerciële toepassing tegenhouden. Om ervoor te zorgen dat de laserstraalbundel 2 alle deelgebieden van de tafel 5, en dus van het daarop liggende werkstuk 4, kan bereiken, wordt de tafel 5 afwisselend bewogen. Gewoonlijk zal daarbij de tafel 5 zodanig worden bewogen, dat de laserstraalbundel 2 door middel van de kantelbare spiegel 3 het gewenste deelgebied van het werkstuk 4 doelmatig kan bestrijken. Daarna wordt de tafel 5 stilgezet en vindt bewerking van het deelgebied van het werkstuk 4 plaats door de kantelbesturing van de spiegel 3. Daarna wordt de tafel 5 kortstondig bewogen, waarna door middel van kantelbesturing van de spiegel 3 het volgende deelgebied van het werkstuk kan worden bewerkt. In dat verband bestaat het werkstuk 4 bijvoorbeeld uit een groot aantal gelijkvormige labels 6 van gelijke grootte, welke in parallelle rijen zijn opgesteld en door middel van bijvoorbeeld gemakkelijk losneembare verbindingslijven 7 gemakkelijk losneembaar met elkaar zijn verbonden. De labels 6 zijn bijvoorbeeld van metaal, zoals aluminium. Ook andere materialen, zoals kunststof, glas, papier, zerodur kunnen bewerkt worden. Alle labels 6 kunnen nu achtereenvolgens worden bewerkt, door beurtelings de tafel 5 ten opzichte van de spiegel 3 te verplaatsen, vervolgens door kantelbesturing van de spiegel 3 een label 6 te bewerken. Vervolgens de tafel 5 weer te verplaatsen, om opnieuw met kantelbesturing van de spiegel 3 de naast gelegen label 6 te bewerken, enzovoorts. Op die manier kan een aanzienlijke tijdwinst worden geboekt wanneer bijvoorbeeld een groot deel van de op de labels 6 aan te brengen informatie gemeenschappelijk is, en bijvoorbeeld elk label 6 van de overige labels verschilt met bijvoorbeeld slechts een volgnummer of andere individuele codering. Op deze manier is met beperkte middelen relatief goedkoop, snel en nauwkeurig te werken waarbij voorts in de besturing voor de kantelbare spiegel 3 geen rekening behoeft te worden gehouden met een aanpassing van de afbuiging van de laserbundelstraal 2 door middel van de spiegel 3 wegens het herhaald uitvoeren van dezelfde bewerking aan naast elkaar gelegen deelgebieden van het werkstuk 4.

De beweging van de tafel 5 kan door middel van een laser-interferometersysteem (niet getoond) en een markering 8 aan de tafel 5 worden gevolgd. De markering 8 kan bijvoorbeeld ook aan het werkstuk 4 zijn aangebracht. In het bijzonder dat laatste geval biedt het voordeel, om langere/grotere werkstukken zeer nauwkeurig te vervaardigen.

In afwijking van het hier beschreven en getoonde voordelige laserbewerkingssysteem kan naast de spiegel 3 een additioneel spiegelsamenstel 9 worden gebruikt. De spiegel 3 kan in dat geval uitsluitend geschikt zijn om een vaste stand ten opzichte van de laserstraalbron 1 in te nemen. Het spiegelsamenstel 9 kan dan geschikt zijn om de laserstraalbundel 2 bestuurd af te buigen voor het bereiken van het "kwispeleffect" over het oppervlak van het werkstuk 4. Bijvoorbeeld kunnen de spiegel 3 en het spiegelsamenstel 9 gezamenlijk worden gebruikt, ofwel vast ofwel met het spiegelsamenstel 9 bewegend. Daarnaast kunnen de spiegel 3 en/of het spiegelsamenstel 9 wegklapbaar zijn uitgevoerd om naar keuze wel of geen afbuiging van de laserstraalbundel 2 te veroorzaken. In plaats van een verandering in de afbuiging van de laserstraalbundel 2 door middel van het kantelen van de spiegels is het natuurlijk ook mogelijk, spiegels te gebruiken die translerend kunnen worden bestuurd, of combinaties van translerende en kantelende spiegels toe te passen. De uitvinding beperkt zich niet tot het type, aantal en wijze van beweging van de spiegels. Ook beperkt de uitvinding zich niet tot het type inspanelement. In plaats van een tafel 5 kan ook bijvoorbeeld voor een inklembek worden gekozen.

Claims (6)

1. Laserbewerkingsysteem voorzien van een laserstraalbron, een inspaneleiaent waarin het werkstuk tijdelijk kan worden bevestigd en een besturingssysteem voor het over het werkstuk bewegen van de laserstraal, welk besturingssysteem bij voorkeur een geheugen- en rekeneenheid bezit voor het positioneren van de laserstraal ten opzichte van het werkstuk in afhankelijkheid van in het geheugen opgeslagen informatie, en waarbij het inspanelement beweegbaar is uitgevoerd teneinde de beweging van de laserstraal over het werkstuk te bereiken.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met een spiegelelement om de laserstraal vanaf de laserstraalbron te projecteren op het werkstuk, welk spiegelelement ten opzichte van de laserstraalbron gefixeerd is, en eventueel wegneembaar en/of wegklapbaar is uitgevoerd.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij het inspanelement in twee orthogonale richtingen beweegbaar is ten opzichte van de laserstraalbron en eventueel het spiegelelement.

4. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met een of meer additionele spiegelelementen welke beweegbaar zijn ten opzichte van de laserstraalbron en waarmee de laserstraal op het werkstuk is te projecteren zodanig, dat door middel van het bewegen van die additionele spiegelelementen de laserstraal over het werkstuk verplaatsbaar is, en welke additionele spiegelelementen in afwisseling met het vast ten opzichte van de laserstraalbron opgestelde spiegelelement toepasbaar zijn, of de additionele spiegelelementen zijn om te stellen tot het vast opgestelde spiegelelement, en waarbij die additionele spiegelelementen verbonden zijn met het besturingssysteem.

5. Werkwijze voor het laserstraalbewerken van een werkstuk, met het werkstuk tijdelijk opgenomen in een inspanelement dat verplaatsbaar is ten opzichte van een laserstraalbron, en waarbij de laserstraal door middel van één of meer vanuit een rekeneenheid bestuurde spiegelelementen over een deeloppervlak van het werkstuk wordt bewogen, terwijl door middel van beweging van het inspanelement, bestuurd door de rekeneenheid, het werkstuk zodanig ten opzichte van de laserstraalbron en de beweegbare spiegelelementen wordt verplaatst, dat de laserstraal onder tussenkomst van de beweegbare spiegelelementen een volgend deelgebied van het werkstuk kan bestrijken, om in dat deelgebied een bewerking uit te voeren welke in hoofdzaak een herhaling is van de in het voorgaande deelgebied uitgevoerde bewerking.

6. Laserbewerkingsysteem volgens een der voorgaande conclusies 1 tot 4 of werkwijze volgens conclusie 5, waarbij één of meer referentiepunten aan het inspanelement en/of het werkstuk bij voorkeur door middel van laser-interferometrie worden gevolgd, en aanpassing van de besturing van de beweging van het inspanelement wordt uitgevoerd afhankelijk van de mate waarin de beweging van die referentiepunten afwijkt van een voorafbepaalde baan, eventueel zodra die afwijking een voorafbepaalde drempel overschrijdt.