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  • 专利说明
  • 权利要求
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  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung einesWerkstücks(11) mittels eines Laserstrahls (12) mit einem Gehäuse (13), durchdas hindurch ein Arbeitsstrahlengang (14) für den Laserstrahl (12) voneinem Laserstrahleinlass (15) zu einer Auslassöffnung (18) für den Laserstrahl(12) geführtist, und mit einer Fokussieroptik (7, 8, 9) zur Fokussierung des Laserstrahls(12) in einen Arbeitsfokus (19), der außerhalb des Gehäuses (13)mit Abstand zur Auslassöffnung(18) liegt. Um bei einem derartigen Laserbearbeitungskopf eine Sca-oder Abtastbewegung des Arbeitsfokus auf einfache und kostengünstige Weisezuverlässigzu ermöglichen,ist erfindungsgemäß vorgesehen,dass die Fokussieroptik (7) zumindest einen ersten abbildenden Spiegel(17) aufweist, der den einfallenden Laserstrahl (12) in den Arbeitsfokus (19)fokussiert und der um eine Drehachse (21) drehbar ist, die mit eineroptischen Achse (22) des einfallenden Arbeitsstrahlengangs (14')koaxial ist.
    公开号:DE102004007178A1
    申请号:DE200410007178
    申请日:2004-02-13
    公开日:2005-09-08
    发明作者:Jörg Bernges；Berthold Kessler；Bert Dr. Schürmann
    申请人:Precitec KG；
    IPC主号:B23K26-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung einesWerkstücksmittels eines Laserstrahls und insbesondere einen derartigen Laserbearbeitungskopf,der zum Einsatz mit Scannersystemen, wie sie beispielsweise für das Remote-Schweißen eingesetztwerden, geeignet ist.
    [0002] DieFirma Kuka hat im September 2003 das sogenannte Roboscanverfahrenzur Werkstückbearbeitungvorgestellt, bei dem ein standardmäßiger Laserschweißkopf miteiner Fokussieroptik, die eine große Brennweite aufweist, durchSchwenken des Roboterhandgelenks eine schnelle Bewegung des Laserbearbeitungspunktes,also des Arbeitsfokus auf dem Werkstück erzeugt. Hierbei wird alsoder Arbeitsfokus nicht nur durch das Verfahren der Roboterhand indrei den Raum aufspannenden Richtungen erzielt, sondern auch durchzusätzliches Schwenkender Fokussieroptik mittels der Roboterhand.
    [0003] Damitlassen sich wesentlich höherePositioniergeschwindigkeiten fürden Arbeitsfokus erreichen, als allein mit dem Verfahren der Roboterhand.
    [0004] Darüber hinaussind bereits Scanneroptiken fürLaserbearbeitungsköpfebekannt, mit deren Hilfe eine schnelle Bewegung des Arbeitsfokusauf dem Werkstückerreicht werden kann. Hierzu werden ein oder zwei Galvanospiegel,also Spiegel die galvanisch verstellbar sind, eingesetzt, die denparallelen Laserstrahl ablenken, sodass er eine nachgeschalteteF-theta Scanneroptik in verschiedenen Positionen trifft, die denLaserstrahl dann in den Arbeitsfokus auf dem Werkstück fokussiert.
    [0005] Darüber hinausbeschreibt die DE102 30 960 A1 , die eine Laserbearbeitungsmaschine betrifft, dasbei Scannersystemen, die zum Beispiel zum Remote-Welding eingesetztwerden vor den Ablenkspiegeln (Scannerspiegeln) eine verfahrbareOptik angeordnet ist, überwelche die Fokuslage des von den Scannerspiegeln verschobenen Laserstrahlsvariiert werden kann.
    [0006] Laserbearbeitungsköpfe, beidenen Scannersysteme mit F-theta Scannerlinsen und Galvanospiegelneingesetzt werden sind aufgrund der verwendeten Bauelemente teuer.Darüberhinaus ist die Temperaturabführungbei Galvanospiegeln schwierig, was zu einer Leistungsbegrenzungführt.Ebenso be grenzen Galvanospiegel den Strahldurchmesser des parallelenLaserstrahlbündels,was bei großen Fokussierbrennweitenzu einer Beschränkungdes Abbildungsverhältnissesführt.
    [0007] Davonausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen weiterenLaserbearbeitungskopf, der insbesondere für den Einsatz in Scannersystemegeeignet ist, bereitzustellen, der eine Scan- oder Abtastbewegungdes Arbeitsfokus auf einfache und kostengünstige Weise zuverlässig ermöglicht.
    [0008] DieseAufgabe wird durch den Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1 gelöst. VorteilhafteWeiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
    [0009] Erfindungsgemäß ist alsobei einem Laserbearbeitungskopf mit einem Gehäuse, durch das hindurch einArbeitsstrahlengang fürden Laserstrahl von einem Laserstrahleinlass zu einer Auslassöffnung für den Laserstrahlgeführtist, und mit einer Fokussieroptik zur Fokussierung des Laserstrahlsin einen Arbeitsfokus, der außerhalbdes Gehäusesmit Abstand zur Auslassöffnungliegt, vorgesehen, dass die Fokussieroptik zumindest einen erstenabbildenden Spiegel aufweist, der den einfallenden Laserstrahl inden Arbeitsfokus fokussiert und der um eine Drehachse drehbar ist,die mit einer optischen Achse des einfallenden Arbeitsstrahlengangskoaxial ist.
    [0010] Durchden Einsatz eines abbildenden Spiegels, der um eine Drehachse drehbarist, lässtes sich auf einfache Weise erreichen, dass der Arbeitsfokus eineschnelle Scanbewegung überdas Werkstück ausführt, ohnedass den Durchmesser des Laserlichtbündels zusätzlich begrenzende optischeElemente erforderlich wären.Ein weiterer Vorteil ist es, dass aufgrund der Verwendung abbildenderSpiegel die Optik sehr leicht und kostengünstig gestaltet werden kann.Auch Dispersionseffekte, wie sie bei transmissiven Optiken auftreten,werden durch Spiegel ausgeschlossen. Ferner lässt sich ein Spiegel leicht schwenken,da er nur ein kleines Trägheitsmoment besitzt.
    [0011] Beieiner vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,dass die Fokussieroptik einen weiteren abbildenden Spiegel aufweist,der den einfallenden Laserstrahl kollimiert und auf den ersten abbildendenSpiegel lenkt. Durch die Verwendung von zwei Spiegeln also durchdie Kombination eines Kollimatorspiegels mit einem Fokussierspiegellässt sichpraktisch jedes gewünschteAbbildungsverhältnisfür dieAbbildung eines kleinen von einer Lichtleitfaser gelieferten Laserflecksin den Arbeitsfokus einfach realisieren.
    [0012] Eineauf der Verwendung von zwei Spiegeln aufbauende Weiterbildung derErfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der weitere abbildendeSpiegel um eine Drehachse drehbar ist, die mit einer optischen Achsedes einfallenden Arbeitsstrahlengangs koaxial ist, und der ersteabbildende Spiegel bei einer Drehung des weiteren abbildenden Spiegelsum seine Drehachse eine Schwenkbewegung um diese Drehachse ausführt, dieder Schwenkbewegung der, bezogen auf den weiteren abbildenden Spiegel,ausfallenden optischen Achse des Arbeitsstrahlengangs entspricht.
    [0013] Durchdie Kombination von zwei drehbaren Spiegeln lässt es sich erreichen, dassnicht nur eine lineare Abtastung, sondern auch eine flächenmäßige Abtastungdes Werkstücksmit dem Arbeitsfokus durchgeführtwerden kann.
    [0014] Beieiner anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dieFokussieroptik ein Kollimatorobjektiv aufweist, das den Laserstrahlkollimiert, und dass zwischen dem Kollimatorobjektiv und dem erstenabbildenden Spiegel ein zerstreuendes Abbildungselement angeordnetist, das ein divergentes Laserstrahlbündel auf den ersten abbildenden Spiegellenkt, wobei der erste abbildende Spiegel gemeinsam mit dem zerstreuendenAbbildungselement in Richtung des vom Kollimatorobjektiv ausgehenden parallelenLaserstrahlbündelslinear verschiebbar ist. Hier lässtsich also eine schwenkende Scanbewegung des Arbeitsfokus, die durchDrehen des ersten abbildenden Spiegels erreicht wird, mit einerlinearen Abtastbewegung kombinieren, die durch eine Verschiebungdes ersten abbildenden Spiegels gemeinsam mit dem zerstreuendenAbbildungselement entlang dem parallelen Laserlichtbündel erfolgt.
    [0015] Grundsätzlich istes denkbar, auch das Kollimatorobjektiv und das zerstreuende Abbildungselementals Spiegel auszubilden, jedoch ist bei einer bevorzugten Ausführungsformder Erfindung vorgesehen, dass das Kollimatorobjektiv und/oder daszerstreuende Abbildungselement transmissive optische Elemente sind.
    [0016] Obwohlaufgrund der durch die großen Brennweitenermöglichtenrelativ großenArbeitsabständezwischen Laserbearbeitungskopf und Werkstückoberfläche kaum die Gefahr besteht,dass Spritzer die Fokussieroptik treffen, ist es besonders vorteilhaft,wenn die Fokussieroptik von einem Schutzglas abgeschlossen wird,das zwischen dem ersten abbildenden Spiegel und dem Arbeitsfokusangeordnet ist.
    [0017] Deroder die Spiegel weist oder weisen eine rotationssymmetrische Spiegelfläche auf,wobei die Rotationssymmetrieachse des oder der Spiegel mit der optischenAchse des jeweiligen einfallenden Arbeitsstrahlengangs einen Winkeleinschließt,der größer als0° und kleinerals 90°,vorzugsweise größer als20° undkleiner als 80°,besonders bevorzugt größer als40° undkleiner als 50°,insbesondere etwa gleich 45° ist.
    [0018] Robusteund zuverlässigeSpiegel werden erhalten, wenn die Spiegel aus Metall gefräst werden,wobei vorzugsweise aus Gewichtsgründen Aluminium verwendet wird.Der bzw. die Spiegel sind zweckmäßigerweisemit einer hochreflektierenden Beschichtung versehen.
    [0019] DieVerwendung von Metall, insbesondere Aluminium hat darüber hinausden Vorteil, dass sich der Spiegel gut mit Luft kühlen lässt. Für eine derartigeLuftkühlungkönnengegebenenfalls entsprechende Formen des Spiegelkörpers gewählt werden.
    [0020] DieErfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnungnäher erläutert. Eszeigen:
    [0021] 1 einestark vereinfachte schematische Darstellung eines Laserbearbeitungskopfesgemäß einemersten Ausführungsbeispielder Erfindung,
    [0022] 2 einestark vereinfachte schematische Darstellung eines Laserbearbeitungskopfesgemäß einemzweiten Ausführungsbeispielder Erfindung, und
    [0023] 3 einestark vereinfachte schematische Darstellung eines Laserbearbeitungskopfesgemäß einemdritten Ausführungsbeispielder Erfindung.
    [0024] Inden verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechendeBauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    [0025] In 1 istschematisch ein Laserbearbeitungskopf 10 zur Bearbeitungeines Werkstücks 11 mittelseines Laserstrahls 12 dargestellt, der ein Gehäuse 13 aufweist,durch das hindurch ein Arbeitsstrahlengang 14 für den Laserstrahl 12 hindurchgeführt ist.Der Arbeitsstrahlengang erstreckt sich dabei von einem Laserstrahleinlass 15,der beispielsweise von einer Lichtaustrittsfläche einer optischen Lichtleitfaser 16 gebildetist, übereinen ersten abbildenden Spiegel 17 einer Fokussieroptik 7 durcheine Auslassöffnung 18 hindurchzum Arbeitsfokus 19, der auf der Oberfläche des Werkstücks 11 zurBearbeitung des Werkstücksverschoben wird. Vorteilhafterweise ist die Auslassöffnung 18 voneinem Schutzglas 20 abgeschlossen, dass das Eindringenvon Verunreinigungen, insbesondere von Spritzern, Schweißrauch undDämpfenaus der Wechselwirkungszone zwischen Arbeitsfokus 19 undWerkstück 11 verhindert.
    [0026] Dererste abbildende Spiegel 17, der bei dem Ausführungsbeispielnach 1 gleichzeitig als Kollimator- und Fokussierspiegeldient, ist um eine Drehachse 21 drehbar gelagert, die mitder optischen Achse 22 des einfallenden Arbeitstrahlengangs 14' coaxial ist.Wird der erste abbildende Spiegel 17 um seine Drehachse 21 gedreht,so führtder ausfallende Arbeitsstrahlengang 14'' mitseiner optischen Achse 23 eine Schwenkbewegung durch, dieeine schnelle Positionierung des Arbeitsfokus 19 auf derOberflächedes Werkstücks 11 ermöglicht.
    [0027] Dader erste abbildende Spiegel 17 zusammen mit den mit ihmgemeinsam zu drehenden bzw. schwenkenden Elementen nur ein kleinesTrägheitsmomentbesitzt, lässtsich eine präziseund schnelle Positionierung des Laserfokus 19 auf der Oberfläche desWerkstücks 11 erreichen.
    [0028] DasSchutzglas 20 kann dabei so ausgebildet sein, dass es derSchwenkbewegung des ausfallenden Arbeitsstrahlengangs 14'' nicht folgt. Es ist aber auchmöglich,das Schutzglas 20 so anzuordnen, dass es gemeinsam mitdem ersten abbildenden Spiegel 17 bewegt wird, also gemeinsammit dem ausfallenden Strahlengang 14'' eineSchwenkbewegung um die Drehachse 21 des ersten abbildenden Spiegels 17 ausführt.
    [0029] Umgegebenenfalls eine Drehbewegung des Gehäuses 13 relativ zurLichtleitfaser 16 zu ermöglichen, ohne dass diese Torsionskräften ausgesetzt wird,kann zwischen dem Gehäuse 13 unddem Ende der Lichtleitfaser 16 ein entsprechendes Drehlager 24 vorgesehensein.
    [0030] Dererste abbildende Spiegel 17 weist eine rotationssymmetrischeFlächeauf, die nicht unbedingt sphärischsein muss und deren Rotationssymmetrieachse 25 sowohl mitder optischen Achse 22 des einfallenden Arbeitsstrahlengangs 14' als auch mitder optischen Achse 23 des ausfallenden Arbeitstrahlengangs 14'' einen Winkel einschließt, dergrößer als0° aberkleiner als 90° ist.Dieser Winkel beträgtim dargestellten Ausführungsbeispiel45°, sodassder erste abbildende Spiegel 17 eine Ablenkung des Arbeitsstrahlengangs 14 um90° bewirkt.Der Winkel kann aber auch je nach Geometrie des Laserbearbeitungskopfes 10 unddem beabsichtigten Einsatz in der Werkstückbearbeitung kleiner odergrößer gewählt werden.
    [0031] Dierotationssymmetrische Flächedes ersten abbildenden Spiegels 17 muss je nach den gewünschtenoptischen Abbildungseigenschaften berechnet werden, um die benötigten Abbildungsverhältnisseund freien Strahllängenzu erhalten.
    [0032] Gehtman beispielsweise von einer Lichtleitfaser 16 mit einemKerndurchmesser von 150 μm undeinem Abstand zwischen ersten abbildendem Spiegel 17 undArbeitsfokus 19 von 1.000 mm aus und benötigt maneinen Arbeitsfokus mit einem Durchmesser von 600 μm, so ergibtsich aus dem geforderten Abbildungsverhältnis β = 4 eine Brennweite des abbildendenSpiegels 17 von 200 mm, was einen Abstand zwischen Lichtaustrittsfläche derLichtleitfaser 16 und erstem abbildendem Spiegel 17 von250 mm ergibt. Bei einer numerischen Apertur der aus der Lichtleitphaser 16 austretendenLaserstrahlung von ca. 180 mrad lässt sich dann die Apertur desersten abbildenden Spiegels 17 berechnen, die dann einenDurchmesser von ca. 100 mm besitzt.
    [0033] ImGegensatz zu Quarzlinsen mit derartig großen Durchmessern lassen sichSpiegel relativ einfach herstellen. Insbesondere wird der ersteabbildende Spiegel 17 als Metallspiegel, insbesondere als Aluminiumspiegeldurch Fräsender rotationssymmetrischen Spiegelfläche hergestellt. Die Spiegelfläche wirddabei vorzugsweise mit einer hoch-reflektierenden Beschichtung versehen.
    [0034] DieVerwendung von Metall, insbesondere von Aluminium hat den Vorteil,dass der Spiegel gut mit Luft kühlbarist, wobei er auf seiner Rückseitegegebenenfalls mit entsprechenden Kühlrippen versehen werden kann.Als Kühlluft,die auch auf die Spiegelflächeselbst geleitet werden kann, kann ein sogenannter Cross-Jet, alsoein quer zum Arbeitsstrahlengang 14 verlaufender Luftstromverwendet werden, der beispielsweise bei herkömmlichen Laserbearbeitungsköpfen eingesetztwird, um die dortigen Fokussieroptiken vor Verschmutzungen zu bewaren. Für die Kühlung desSpiegels 17 ist jedoch kein Hochgeschwindigkeitsluftstromerforderlich, da wegen des großenAbstandes zwischen Laserbearbeitungskopf 10 und Werkstück 11 praktischkeine Spritzer aus der Wechselwirkungszone zwischen Arbeitsfokus 19 undWerkstück 11 mehrzu erwarten sind. Außerdemist die Fokussieroptik 7 des erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes 10 bevorzugterweisedurch ein Schutzglas 20 abgeschlossen.
    [0035] Beidem Ausführungsbeispielnach 2 weist die Fokussieroptik 8 neben demersten abbildenden Spiegel 17, der hier ein reiner Fokussierspiegelist, einen weiteren abbildenden Spiegel 26 auf, der alsKollimatorspiegel dient und der um eine Drehachse 27 drehbarist, die mit der optischen Achse 22 des einfallenden Arbeitsstrahlengangs 14 koaxialist. Das einfallende divergente Laserlichtbündel wird von dem weiterenabbildenden Spiegel 26 in ein Parallelstrahlbündel umgewandelt,das auf den ersten abbildenden Spiegel 17, also auf denFokussierspiegel gelenkt wird, der das entlang dem Arbeitsstrahlengang 14''' einfallendeparallele Laserlicht in den Arbeitsfokus 19 fokussiert.
    [0036] Beibeiden Spiegeln handelt es sich widerum wie oben bereits erläutert, umMetallspiegel, die vorzugsweise aus Aluminium gefräst sindund deren rotationssymmetrische Flächen entsprechend den gewünschtenAbbildungsverhältnissenund Arbeitsweiten berechnet werden.
    [0037] Wiebeim ersten Ausführungsbeispielkann der Arbeitsfokus 19 eine Abtast- oder Scanbewegung über das in 2 nichtdargestellte Werkstück 11 ausführen, wennder erste abbildende Spiegel 17, also der Fokussierspiegelum seine Drehachse 21 gedreht wird.
    [0038] DieRichtung dieser Schwenkbewegung lässt sich nun durch eine Drehungdes weiteren abbildenden Spiegels 26, also des Kollimatorspiegels einstellen,sodass entsprechend der Reichweite der Schwenk- oder Abtastbewegungdes Arbeitsfokus 19 jeder beliebige Punkt in der Ebeneangesteuert werden kann.
    [0039] Beieiner Drehbewegung des weiteren abbildenden Spiegels 26,also des Kollimatorspiegels führtder erste abbildende Spiegel gemeinsam mit der, bezogen auf denweiteren abbildenden Spiegel 26 optischen Achse 28 desausfallenden Arbeitsstrahlengangs 14''', eine Schwenkbewegungum die Drehachse 27 des weiteren abbildenden Spiegels 26 durch.
    [0040] DieGröße des inder Flächeabtastbaren Bereichs hängtdabei nicht nur von möglichenDrehwinkeln des ersten abbildenden Spiegels 17 und demArbeitsfokusabstand ab, sondern auch von dem Abstand zwischen denbeiden Spiegeln 17, 26, der den Radius des Kreisesbestimmt, auf dem sich der Arbeitsfokus 19 bei einer Drehungdes weiteren Spiegels 26 unter Beibehaltung der Drehstellungdes ersten abbildenden Spiegels 17 bewegt. Durch geeigneteWahl des möglichenDrehwinkel des ersten Spiegels 17, des Arbeitsfokusabstandesund des Abstandes zwischen Spiegel lässt sich somit der Abtastbereichdes erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfesoptimieren.
    [0041] Beidem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung wird der erste abbildende Spiegel 17, wie anhandvon 1 erläutert alskombinierter Kollimator- und Fokussierspiegel eingesetzt. Um einelineare Schiebung des ersten abbildenden Spiegels 17 inRichtung der optischen Achse 23 des einfallenden Arbeitsstrahlengangs 14' zu ermöglichen,ist zwischen den Laserstrahleinlass 15, also der Lichtaustrittsfläche derLichtleitfaser 16 und den ersten abbildenden Spiegel 17 nachArt eines terrestrischen Fernrohrs ein Kollimatorobjektiv 30,das den Laserstrahl 12 kollimiert und ein zerstreuendesAbbildungselement 31 vorgesehen, dass das Parallellichtbündel vomKollimatorobjektiv 30 wieder in ein divergentes Laserstrahlbündel 12' umwandelt undauf den ersten abbildenden Spiegel 17 lenkt.
    [0042] DasKollimatorobjektiv 30 und das zerstreuende Abbildungselement 31 sinddabei relativ zueinander verschiebbar angeordnet, wie das durchdie ineinander geführtenHaltehülsen 32 angedeutetist. Das Gehäuse 10 istentweder ebenfalls längenveränderlichausgeführtoder weist eine Auslassöffnung 18 aufdie entsprechend der Längeder Verschiebebewegung ausgebildet ist.
    [0043] DerAbstand zwischen Kollimatorobjektiv 30 und Laserstrahleinlass 15 wirddabei konstant gehalten und kann so gewählt werden, dass der erforderlicheDurchmesser des Kollimatorobjektivs 30 relativ klein gehaltenwerden kann, was preiswerte Optiken ermöglicht.
    [0044] Auchder Abstand zwischen zerstreuenden Abbildungselement 31 understem abbildendem Spiegel 17 ist konstant.
    [0045] Aufgrundder Linearverschiebung des ersten abbildenden Spiegels 17 lässt sichdie vom Arbeitsfokus aufgrund einer Drehbewegung des Spiegels 17 erhaltenenAbtastlinie parallel zu sich selbst über eine Strecke verschieben,die durch die Verschiebemöglichkeitdes Spiegels 17 gegenüberdem Kollimatorobjektiv festgelegt wird. Innerhalb eines durch die mögliche Abtastbreiteund den Hub der Verschiebebewegung festgelegten Bereich lässt sichsomit jeder Punkt auf der Oberflächedes Werkstücks 11 mitdem Laserfokus 19 ansteuern.
    [0046] In 3 sindKollimatorobjektiv und zerstreuendes Abbildungselement als Linsen,also als transmessive Optiken dargestellt. Es ist aber auch denkbar,Kollimatorobjektiv und zerstreuendes Abbildungselement als Spiegeloptikenauszuführen.
    [0047] Dievorliegende Erfindung ermöglichteinen Laserbearbeitungskopf mit einer sehr leichten und kostengünstigenOptik, die keinerlei Dispersionsdefekte liefert. Die Optik kanndabei in Abhängigkeit vomgewünschtenArbeitsabstand und der zur Verfügungstehenden Laserleistung fast beliebig frei gewählt werden. Da nur ein kleinesTrägheitsmoment vorliegt,lässt sichein Schwenken durch die Roboterhand selbst oder durch externe Achsenrealisieren. Das Drehlager, das vorgesehen ist, um eine Torsion derLichtleitfaser 16 beim Drehen des ersten abbildenden Spiegels 17 zuverhindern, kann auch zum Aufbau einer Lötoptik mit taktiler Nahtführung genutzt werden.
    [0048] Fernerermöglichtes die Erfindung, die Prozesssensorik, die für die Überwachung des Bearbeitungsprozesseswährendder Bearbeitung vorgesehen ist weiterhin zu nutzen.
    [0049] DieAusgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie sie in 3 dargestelltist, ermöglicht ebenfallseinen sogenannten Lötkopfmit taktiler Führung,also ein Laserberabeitungskopf mit einem taktilen Fühler, derzur Nachregelung der Position des Laserberabeitungskopf beispielsweiseeine Naht oder Rille zwischen zwei zuverbindenden Werkstücken abtastetund so von dieser geführtwird, und benötigtbei der Verwendung von transmissiven Optiken nur solche mit kleinemDurchmesser.
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks (11)mittels eines Laserstrahls (12) mit: – einemGehäuse(13), durch das hindurch ein Arbeitsstrahlengang (14)für denLaserstrahl (12) von einem Laserstrahleinlass (15)zu einer Auslassöffnung(18) fürden Laserstrahl (12) geführt ist; und – einerFokussieroptik (7, 8, 9) zur Fokussierungdes Laserstrahls (12) in einen Arbeitsfokus (19),der außerhalbdes Gehäuses(13) mit Abstand zur Auslassöffnung (18) vorgesehenist; – wobeidie Fokussieroptik (7) zumindest einen ersten abbildendenSpiegel (17) aufweist, der den einfallenden Laserstrahl(12) in den Arbeitsfokus (19) fokussiert und derum eine Drehachse (21) drehbar ist, die mit einer optischenAchse (22) des einfallenden Arbeitsstrahlengangs (14') koaxial ist.
    [2] Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Fokussieroptik (8) einen weiteren abbildendenSpiegel (26) aufweist, der den einfallenden Laserstrahl(12) kollimiert und auf den ersten abbildenden Spiegel(17) lenkt.
    [3] Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass – derweitere abbildende Spiegel (26) um eine Drehachse (27)drehbar ist, die mit einer optischen Achse (22) des einfallendenArbeitsstrahlengangs (14')koaxial ist, und – dererste abbildende Spiegel (17) bei einer Drehung des weiterenabbildenden Spiegels (26) um seine Drehachse (27)eine Schwenkbewegung um diese Drehachse (27) ausführt, dieder Schwenkbewegung der, bezogen auf den weiteren abbildenden Spiegel (26),optischen Achse (28) des ausfallenden Arbeitsstrahlengangs(14''') entspricht.
    [4] Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass – dieFokussieroptik (9) ein Kollimatorobjektiv (30) aufweist,das den Laserstrahl (12) kollimiert, und – zwischendem Kollimatorobjektiv (30) und dem ersten abbildendenSpiegel (17) ein zerstreuendes Abbildungselement (31)angeordnet ist, das ein divergentes Laserstrahlbündel (12') auf den erstenabbildenden Spiegel (17) lenkt.
    [5] Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass der erste abbildende Spiegel (17) gemeinsam mit demzerstreuenden Abbildungselement (31) in Richtung des vomKollimatorobjektiv (30) ausgehenden parallelen Laserstrahlbündels (12'') linear verschiebbar ist.
    [6] Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 4 oder 5, dadurchgekennzeichnet, dass das Kollimatorobjektiv (30) und/oderdas zerstreuende Abbildungselement (31) transmissive optischeElemente sind.
    [7] Laserbearbeitungskopf nach einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussieroptik (7, 8, 9)von einem Schutzglas (20) abgeschlossen wird, das zwischendem ersten abbildenden Spiegel (17) und dem Arbeitsfokus(19) angeordnet ist.
    [8] Laserbearbeitungskopf nach einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Spiegel (17, 26)eine rotationssymmetrische Spiegelfläche aufweist bzw. aufweisen.
    [9] Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Rotationssymmetrieachse (25) des oder der Spiegel(17, 26) mit der optischen Achse (22, 28)des jeweiligen einfallenden Arbeitsstrahlengangs (14', 14''')einen Winkel einschließt,der größer als0° und kleinerals 90°,vorzugsweise größer als20° undkleiner als 80°,besonders bevorzugt größer als40° undkleiner als 50°,insbesondere etwa gleich 45° ist.
    [10] Laserbearbeitungskopf nach einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Spiegel (17, 26)aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium gefräst sind.
    [11] Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 10, dadurchgekennzeichnet, dass das der bzw. die Spiegel (17, 26)mit einer hoch-reflektierenden Beschichtung versehen sind.
    [12] Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 10 oder 11,dadurch gekennzeichnet, dass das der bzw. die Spiegel (17, 26)luftkühlbarsind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004007178B4|2006-01-12|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-09-08| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-07-06| 8364| No opposition during term of opposition|
    2010-12-16| 8339| Ceased/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410007178|DE102004007178B4|2004-02-13|2004-02-13|Laserbearbeitungskopf|DE200410007178| DE102004007178B4|2004-02-13|2004-02-13|Laserbearbeitungskopf|
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