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Vorrichtung zur Neigungsverstellung eines Spiegels einer Laserbearbeitungsmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur

Neigungsverstellung eines Spiegels einer Laserbearbeitungsmaschine,

die ein am Maschinenrahmen fest anordenbares erstes

Vorrichtungsteil und ein mit diesem Vorrichtungsteil beweglich

verbundenes zweites Vorrichtungsteil umfasst, wobei der Umlenkspiegel an dem zweiten Vorrichtungsteil angebracht ist, wobei

eine Regeleinheit mit einem Neigungssensor, einer Elektronik und

einem Getriebemotor vorgesehen ist.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise durch die WO 02/099494

bekannt geworden.

Laserbearbeitungsmaschinen sind in der Regel schwankenden

Umgebungseinflüssen, z.B. Temperaturschwankungen, ausgesetzt.

Aufgrund dieser Einflüsse kann es vorkommen, dass sich der

Maschinenrahmen der Laserbearbeitungsmaschine verzieht oder

verformt. Infolgedessen kann sich die Neigung eines Umlenkspiegels

der Laserbearbeitungsmaschine verändern. Es kommt zu einer

Fehljustierung des Laserstrahls, sog. „Laserstrahl-Pointing".

Für die Korrektur der Fehlneigung des Umlenkspiegels sind maschinelle Vorrichtungen, wie in der eingangs genannten

Druckschrift beschrieben, oder manuelle Vorrichtungen zur

Neigungsverstellung des Umlenkspiegels bekannt.

Bekannte manuelle Vorrichtungen umfassen eine Wasserwaage und

eine Stellschraube, um den Umlenkspiegel in seiner Neigung zu

verstellen.

In der automatischen Version wird die manuelle Verstelleinrichtung durch einen Neigungssensor und durch einen Getriebemotor ersetzt.

Die vorhandene und bisher benötigte Wasserwaage kann weiterhin

vom Anwender zur zusätzlichen optischen Kontrolle verwendet

werden. Die Neigung wird durch den Neigungssensor automatisch

erfasst. Der erfasste Neigungsfehler wird in der Auswerteeinheit

(Elektronik) zu einer Stellgröße für den Getriebemotor umgewandelt, der dann eine Spindel antreibt.

Nachteiligerweise treten an dem Maschinenrahmen Schwingungen

auf, die Messergebnisse des Neigungssensors negativ beeinflussen.

Verformungen des Maschinenrahmens können nicht immer durch

Nachregelung der Neigungsverstellung des Spiegels ausgeglichen werden.

Demgegenüber ist es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine

Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden,

dass eine automatische Korrektur der Neigungsverstellung des

Umlenkspiegels auch bei auftretenden Schwingungen des

Maschinenrahmens zuverlässig ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, Die Erfindung schlägt vor, Mittel zur

Erfassung von Schwingungen des Maschinenrahmens vorzusehen,

wobei die Elektronik einen entsprechenden Filter aufweist. Es können

Schwingungen ausgefiltert werden, welche Signale des

Neigungssensors beeinflussen. Dies kann bei einer Weiterbildung der

Erfindung weiter dadurch verbessert werden, dass ein Schwellwert

und ein Tiefpassfilter eingesetzt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der

schematischen Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine Laserschneidmaschine;

Figur 2 eine Vorrichtung zur automatischen Neigungsverstellung

eines Umlenkspiegels der Laserschneidmaschine.

Aus der Figur 1 ist der Aufbau einer Laserbearbeitungsanlage 21

zum Laserschneiden mit einem Cθ ₂ -Laser 22, einem

Laserbearbeitungskopf 24 und einer Werkstückauflage 25 ersichtlich.

Ein erzeugter Laserstrahl 26 wird mithilfe von Umlenkspiegeln zum

Laserbearbeitungskopf 24 geführt und mithilfe von Spiegeln auf ein Werkstück 28 gerichtet.

Bevor eine durchgängige Schnittfuge entsteht, muss der Laserstrahl 26 das Werkstück 28 durchdringen. Das Blech 28 muss an einer

Stelle punktförmig geschmolzen oder oxidiert werden, und die

Schmelze muss ausgeblasen werden.

Beim langsamen Einstechen mit einer Rampe kann die Laserleistung

allmählich erhöht, reduziert und über einen bestimmten Zeitraum

konstant gehalten werden, bis das Einstechloch erzeugt ist. Sowohl

das Einstechen als auch das Laserschneiden werden durch Hinzufügen

eines Gases unterstützt. Als Schneidgase 29 können Sauerstoff,

Stickstoff, Druckluft und/oder anwendungsspezifische Gase eingesetzt

werden. Welches Gas letztendlich verwendet wird, ist davon

abhängig, welche Materialien geschnitten und welche

Qualitätsansprüche an das Werkstück gestellt werden.

Dort, wo der Laserstrahl 26 auf das Blech 28 auftrifft, wird das

Material geschmolzen und zum größten Teil oxidiert. Die entstandene

Schmelze wird zusammen mit den Eisenoxiden ausgeblasen.

Entstehende Partikel und Gase können mithilfe einer

Absaugeinrichtung 30 aus einer Absaugkammer 31 abgesaugt

werden.

Wenn sich der Maschinenrahmen 32 infolge von

Umgebungseinflüssen verzieht oder verformt, ändert sich auch die

Position eines Umlenkspiegels 33. Dies bedeutet selbstverständlich

eine Veränderung der Lage des Laserstrahls. Zur automatischen

Korrektur dieser Verstellung des Umlenkspiegels 33 kann dort an dem

Maschinenrahmen 32 die erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet

sein.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemäß Figur 2 handelt es

sich um ein geregeltes System zur Pointingkompensation bei

Flachbettlasermaschinen. Das Laserstrahl-Pointing wird zu einem

großen Teil durch thermische Deformationen des linken Seitenträgers hervorgerufen. Auf diesem Seitenträger befindet sich auch der 175°-

Umlenkspiegel, der aufgrund der Verformung des Seitenträgers

abkippt. Wegen der Neigungsänderung des Spiegels ändert sich auch

die Richtung des umgelenkten Laserstrahls, und es ergibt sich ein

Pointing.

Mithilfe der Vorrichtung 1 wird das Abkippen des Spiegels

automatisch kompensiert. Dies geschieht dadurch, dass die Neigung

des Spiegels mit einer Toleranz von ± 0.02 mm/m auf einem

konstanten Wert gehalten wird.

Die Vorrichtung 1 umfasst einen am Maschinenrahmen 32 fest

angeordnetes erstes Vorrichtungsteil 2 und ein zweites

Vorrichtungsteil 3, das beweglich mit dem ersten Vorrichtungsteil 2

verbunden ist. Das erste Vorrichtungsteil 2 kann auch in den

Maschinenrahmen 32 integriert sein. An dem zweiten Vorrichtungsteil

3 ist der Umlenkspiegel angebracht. Mittels eines Gelenkes und einer

Differenzspindel 4 kann das Vorrichtungsteil 3 auch manuell verstellt

werden. Die Differenzspindel 4 kann auch am Maschinenrahmen angebracht sein. Zur Regelung der Verstellung des Vorrichtungsteils 3

sind ein Neigungssensor 5, eine Elektronik 7, eine Kupplung 6 und

ein Getriebemotor 8 vorgesehen. Mithilfe der Kupplung 6 werden ein Achsversatz und Fluchtungsfehler zwischen Differenzspindel 4 und

Getriebemotor 8 ausgeglichen. Der Neigungssensor 5 kann die

Neigung des Vorrichtungsteils 3 erfassen. Mithilfe der Elektronik 7

lässt sich der Istwert mit einem Sollwert vergleichen. Die Elektronik 7

steuert den Getriebemotor 8, so dass durch die Verschiebung des

Vorrichtungsteils 3 eine Kompensation der Neigungsverstellung des

Umlenkspiegels 33 automatisch durchgeführt wird. Die Regelung

erfolgt, wenn ein für die jeweilige Maschine spezifischer

Neigungsfehler überschritten wird (Schwellwert) und der mittlere

Neigungsfehler über eine vorgegebene Zeit überschritten wird

(Tiefpassfilter). Auf diese Weise wird sichergestellt, dass kleine

und/oder kurzfristige Störungen, wie z. B. Schwingungen des

Maschinenrahmens, nicht nachgeregelt werden.