DE8900453U1

DE8900453U1 - Processing device

Info

Publication number: DE8900453U1
Application number: DE8900453U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-17
Filing date: 1989-01-17
Publication date: 1989-03-02

Description

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BearbeitungsvorrichtungProcessing device

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem Laserstrah !erzeuger als Werkzeug. Energiereiche Laserstrahlung wird zum Brennen, Schweißen, Perforieren und anderen Arbeitsgängen eingesetzt. Verbreitet sind beispielsweise Beschriftungsgeräte, auf denen mittels des Laserstrahls in Werkstücke wie Spiralbohrer, Schaftfräser und dergleichen für den Anwender wichtige Daten, aber auch z.B. die Bezeichnung des Herstellers eingebrannt werden. Für diesen Zweck wird der Laserstrahl bei stillstehendem Werkstück in zwei Richtungen abgelenkt, beispielsweise mittels zweier trägheitsarmer Planspiegel. Damit Toleranzen der Spiegelflächen nur geringe Auswirkungen haben und auch, damit die Spiegel selbst nicht vom Laserstrahl beschädigt werden, wird der Strahlquerschnitt zunächst aufgeweitet und dann wieder parallelgerichtet, trifft dann auf die Spiegel (oder Prismen) und wird dann wieder mittels einer Fokussleroptik konvergent gemacht, um in der Beschriftungsebene einen Brennpunkt hoher Energiedichte zu bilden.The invention relates to a processing device with a laser beam generator as a tool. High-energy laser radiation is used for burning, welding, perforating and other operations. For example, labeling devices are widespread on which data important to the user, but also the manufacturer's name, for example, are burned into workpieces such as twist drills, end mills and the like using the laser beam. For this purpose, the laser beam is deflected in two directions when the workpiece is stationary, for example using two low-inertia plane mirrors. So that tolerances in the mirror surfaces have only a small effect and also so that the mirrors themselves are not damaged by the laser beam, the beam cross-section is first widened and then made parallel again, then hits the mirrors (or prisms) and is then made convergent again using a focusing optics in order to form a focal point of high energy density in the labeling plane.

Solche Beschriftungsvorrichtungen haben Vorteile gegenüber !en frühsr üblichen Ätzverfahren. So entfällt die Notwendigkeit der Vorbehandlung (Entfetten) und der Nachbehandlung (Neutralisieren, Fetten). Darüberhinaus ist die Laserbeschriftung ein sehr schnelles Arbeitsverfahren, wobei die Umstellung des Beschriftungstextes sehr einfach über beispielsweise ein Tastenfeld erfolgen kann.Such labeling devices have advantages over the previously used etching processes. This eliminates the need for pre-treatment (degreasing) and post-treatment (neutralizing, greasing). In addition, laser labeling is a very fast process, and the label text can be changed very easily using a keypad, for example.

Bei handelsüblichen Laser-Beschriftungsgeräten ist die Strahl richtung im Bereich ninter der Fokussieroptik vertikal abwärts verlaufend angeordnet. Das eigentliche Arbeitsfeld ist von einer Schutzhaube umgeben, damit die Bedienungsperson nicht von Streustrahlung getroffen werden kann. Bei geschlossener Schutzhaube erfolgt die Beschriftung eines oder mehrerer Werkstücke in einer Zeitperiode, die typischerweise in der Größenordnung von wenigen Sekunden liegt. Danach entnimmt die Bedienungsperson bei geöffneter Schutzhaube die beschrifteten Werkstücke und legt neue Rohlinge in eine Aufnahmevorrichtung, welche das Beschriftungsfeld in die Brennebene des StrahlsIn commercially available laser marking devices, the beam direction is arranged vertically downwards in the area between the focusing optics. The actual working area is surrounded by a protective hood so that the operator cannot be hit by scattered radiation. With the protective hood closed, one or more workpieces are marked in a period of time that is typically in the order of a few seconds. Then, with the protective hood open, the operator removes the marked workpieces and places new blanks in a holder that places the marking field in the focal plane of the beam.

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positioniert. Diese bekannten Vorrichtungen weisen demgemäß die Merkmaie auf, die in dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 genannt sind.positioned. These known devices accordingly have the features mentioned in the preamble of claim 1.

Der Zeitbedarf für die Entnahme der beschrifteten und das Einlegen der unbeschrlfteten Werkstücke Hegt oft in derselben Größenordnung wie der für die eigentliche Beschriftung; oft ist sogar der Beschriftungsvorgang um ein vielfaches kürzer als diese Rüstzeit. Die hohen Investitionen für den Strahlerzeuger und seine Optiken wird also nur schlecht genutzt.The time required to remove the labeled workpieces and insert the unlabeled ones is often of the same order of magnitude as the time required for the actual labeling; the labeling process is often even many times shorter than this set-up time. The high investment in the beam generator and its optics is therefore poorly utilized.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgleiche Vorrichtung derart weiterzubilden, daß die Gesamtdauer des Arbeitsgangs verkürzt wird, so daß die Investitionen besser genutzt werden.The object of the invention is to further develop the device of the same type in such a way that the overall duration of the operation is shortened, so that the investment is used more effectively.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung dieser Anfnabe ergibt sich aus dem Anspruch 1; die Unteransprüche definieren die Ausgestaltung für den Fall, daß Rüstzeit und Beschriftungszeit etwa gleich lang sind.The solution to this problem provided by the invention is given in claim 1; the subclaims define the design in the case where the set-up time and the labeling time are approximately the same length.

Man erkennt, daß der Laserstrahl im Zeitmultiplex Beschriftungen (oder andere wiederkehrende Arbeitsgänge) an mehreren Stellen ausführt, wobei die Bedienungsperson die Betriebsperiode des Lasers benutzt, um den dann jeweils unbenutzten Arbeitsplatz zu bestücken. Der Zeitbedarf für die optische Umschaltung des Strahlengangs ist dabei vernachlässigbar kurz, und der bauliche Aufwand ist gering.It can be seen that the laser beam carries out markings (or other recurring operations) in multiple locations in time multiplex mode, with the operator using the laser's operating period to equip the workstation that is then unused. The time required for optically switching the beam path is negligible and the construction effort is minimal.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, die in weitgehend schematisierter Heise eine Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.An embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, which shows a device according to the invention in a largely schematic manner.

Man erkennt in der Zeichnung den Laserstrahlerzeuger 1, dessen Aufbau bekannt ist und keinen Gegenstand der Erfindung bildet. Der Strahl durchläuft eine Aufweitungsoptik 2, bestehend aus einer bikonkaven Linse und einer bikonvexen Linse, hinter der der Strahl zu einem Bündel im wesentlichen paralleler Einzelstrahlen aufgeweitet ist; in der Zeichnung sind die Bündelbegrenzungen eingezeichnet. Das Strah-The drawing shows the laser beam generator 1, the structure of which is known and does not form part of the invention. The beam passes through an expansion optic 2, consisting of a biconcave lens and a biconvex lens, behind which the beam is expanded into a bundle of essentially parallel individual beams; the bundle boundaries are shown in the drawing. The beam

le lbündel trifft dann auf einen ersten einachsig lagesteuerbaren Spiegel 3 und wird von diesem auf einen zweiten um eine zur Achse des ersten Spiegels senkrecht verlaufende Achse gesteuert schwenkbaren Spiegel 4. Durch Ansteuerung von Antrieben (nicht gezeigt) für die Spiegel 3, 4 mit entsprechenden Signalen wird das Strahlenbündel in zwei zueinander senkrechten Richtungen ausgelenkt, die im wesentlichen senkrecht zur Strahlachse verlaufen, bevor das Strahlenbündel mittels einer Fokussieroptik 6 in einen Brennpunkt gebündelt wird. Insoweit ist die Vorrichtung bekannt.The beam then hits a first mirror 3, which can be controlled in a single axis position, and is directed by this mirror to a second mirror 4, which can be pivoted about an axis running perpendicular to the axis of the first mirror. By controlling drives (not shown) for the mirrors 3, 4 with appropriate signals, the beam is deflected in two mutually perpendicular directions, which run essentially perpendicular to the beam axis, before the beam is focused into a focal point by means of focusing optics 6. In this respect, the device is known.

Erfindungsgemäß ist zwischen den Spiegel 4 und die Fokussieroptik 6 eine Umschaltoptik eingefügt, bestehend aus einem Umschaltprisma 5 mit einer Schwenkachse 10. In der gezeichneten Position wird das Strahlenbündel vom Umschaltprisma 5 total reflektiert und um 90° umgelenkt. Es trifft dann auf ein stationäres Prisma 8, das das Strahlenbündel ebenfals total reflektiert und auf die Fokussieroptik 6 lenkt.According to the invention, a switching optics is inserted between the mirror 4 and the focusing optics 6, consisting of a switching prism 5 with a pivot axis 10. In the position shown, the beam is totally reflected by the switching prism 5 and deflected by 90°. It then hits a stationary prism 8, which also totally reflects the beam and deflects it onto the focusing optics 6.

Das Umschaltprisma 5 ist um die Achse 10 um jeweils 90° hinundherschwenkbar, und zwar aus der gezeichneten Position in Uhrzeigerrichtung und aus der dann eingenommenen Position wieder zurück in die gezeichnete. In der nicht gezeichneten Position wird das STrahlenbündel auf ein zweites stationäres Prisma 9 gerichtet, welches das Bündel auf eine zweite Fokussieroptik 7 lenkt. Der Abstand der optischen Achsen "A" sollte eine ergonomisch günstige Größe zwischen 20 und 100 cm, vorzugsweise zwischen 40 und 60 cm haben.The switching prism 5 can be swiveled back and forth around the axis 10 by 90° each, from the position shown in the drawing in a clockwise direction and from the position then assumed back to the position shown. In the position not shown, the beam is directed onto a second stationary prism 9, which directs the beam onto a second focusing optic 7. The distance between the optical axes "A" should have an ergonomically favorable size between 20 and 100 cm, preferably between 40 and 60 cm.

Es versteht sich, daß anstelle eines oder mehrerer der Prismen auch Planspiegel einsetzbat' sind, oder daß die Prismen 8, 9 durch fokussierende Spiegel ersetzt sein können, in welchem Falle eine zusätzliche Fokussieroptik 6 und 7 entfallen könnte.It is understood that instead of one or more of the prisms, plane mirrors can also be used, or that the prisms 8, 9 can be replaced by focusing mirrors, in which case an additional focusing optics 6 and 7 could be omitted.

Es versteht sich ferner, daß je nach dem Verhältnis Rüstzeit/Bearbeitungszeit dem einen Strahlerzeuger auch mehr als zwei Arbeitsplätze zugeordnet werden können.It is also understood that, depending on the ratio of set-up time to processing time, more than two workstations can be assigned to one beam generator.

Claims

in · y Protection claims

1. Processing device with a laser beam generator (1) and with optics arranged in the beam path of the laser beam for influencing the beam, comprising a beam expansion optic (2), behind which the beam passes through a first region in which it has negligible divergence or convergence, position-controllable mirrors (3, 4) arranged in the first region for deflecting the laser beam, and a focusing optic, behind which the beam converges in a second region to a working focal point, characterized in that in the first region in front of the focusing optic at least one controllable switching optic (5) is provided, which selectively directs the beam to one of a plurality of focusing optics (6, 7).

2. Device according to claim 1, characterized in that the switching optics comprise a totally reflecting switching prism (5) arranged in the first region and tiltable back and forth by 90° about an axis parallel to its edges, and that one of two focusing optics (6, 7) is assigned to each position of the prism.

3. Device according to claim 2, characterized in that the optical axes of the focusing optics (6, 7) are parallel and each focusing optic is preceded by a further totally reflecting, stationary prism (8, 9).

4. Device according to claim 3, characterized by a distance between the two optical axes in the range between 20 and 100 cm, preferably 40..60 cm.