[go: up one dir, main page]

DE20021369U1 - Laserstrahloptik in einer Roboterachse - Google Patents

Laserstrahloptik in einer Roboterachse

Info

Publication number
DE20021369U1
DE20021369U1 DE20021369U DE20021369U DE20021369U1 DE 20021369 U1 DE20021369 U1 DE 20021369U1 DE 20021369 U DE20021369 U DE 20021369U DE 20021369 U DE20021369 U DE 20021369U DE 20021369 U1 DE20021369 U1 DE 20021369U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
optics according
axis
laser beam
optical element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE20021369U
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Industries GmbH and Co KG
Original Assignee
Thyssen Laser Technik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssen Laser Technik GmbH filed Critical Thyssen Laser Technik GmbH
Priority to DE20021369U priority Critical patent/DE20021369U1/de
Priority to DE10161175A priority patent/DE10161175B4/de
Priority to GB0129791A priority patent/GB2370652B/en
Priority to GB0129789A priority patent/GB2370651B/en
Priority to US10/024,791 priority patent/US6563083B2/en
Priority to US10/025,163 priority patent/US6795482B2/en
Publication of DE20021369U1 publication Critical patent/DE20021369U1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0613Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams having a common axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0029Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • B25J19/0037Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements comprising a light beam pathway, e.g. laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Description

15.12.2000
Laserstrahloptik in einer Roboterachse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Laserstrahloptik in einer Roboterachse, in deren Längsachse ein erster Strahlengang eines ersten Laserarbeitsstrahls anzuordnen ist, der werkstückseitig in einen achsparallelen zweiten Strahlengang umlenkbar ist, und in der ein dritter Strahlengang eines zweiten Laserarbeitsstrahls achsparallel zum ersten Strahlengang des ersten Laserarbeitsstrahls anzuordnen ist.
Eine Optik mit den vorgenannten Merkmalen ist aus der EP-A-O 901 87 5 bekannt. Der erste Laserarbeitsstrahl der bekannten Laserstrahloptik wird einer Ausbaueinheit zugeleitet, die die Aufgabe hat, die erste Laserstrahlung aus dem ersten Strahlengang in den dazu achsparallelen zweiten Strahlengang umzulenken. Bei der bekannten Laserstrahloptik kann ein dritter Strahlengang eines zweiten Laserarbeitsstrahls ausgebil-0 det werden und zwar so, daß er parallel zum ersten Strahlengang des ersten Laserarbeitsstrahls anzuordnen ist. Das ist jedoch nur dann möglich, wenn die Ausbaueinheit zur Umlenkung des ersten Laserarbeitsstrahls ausgebaut ist. Denn die Ausbaueinheit ragt in den zweiten bzw. auch in den dritten 5 Strahlengang hinein, weil diese beiden vorgenannten Strahlengänge miteinander fluchten. Wenn also mit unterschiedlicher
Laserarbeitsstrahlung gearbeitet werden soll, beispielsweise mit einer C02~Laserstrahlung oder einer Diodenlaserstrahlung, muß ein Umbau der Roboterachse erfolgen, bei der die Ausbaueinheit entweder eingebaut oder ausgebaut wird. Das ist aufwendig und bedarf anschließender Justierung. Außerdem kann nicht mit zwei Laserarbeitsstrahlen gleichzeitig gearbeitet werden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Laserstrahloptik mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß sie umbaufrei für wechselweisen Einsatz unterschiedlicher Laserarbeitsstrahlung geeignet ist, vor allem aber auch für den gleichzeitigen Einsatz zweier unterschiedlicher Laserarbeitsstrahlungen.
15
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem der Strahlengänge des ersten Laserarbeitsstrahls zwei davon zum Werkstück hin durchstrahlbare optische Elemente aufeinanderfolgend angeordnet sind, die im Sinne einer Kompensation eines Strahlenversatzes aufeinander abgestimmt sind, und daß dem zweiten der beiden optischen Elemente der zweite Laserarbeitsstrahl zugeleitet und von diesem zum Werkstück hin reflektierbar ist.
Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß die Laserstrahloptik zwei Laserarbeitsstrahlen so zusammenzuführen erlaubt, daß beide wechselweise oder gemeinsam die gewünschte Bearbeitung eines Werkstücks in einem Arbeitsgang durchführen können. Dabei sollen die Laserarbeitsstrahlen jeweils auch unterschiedliche Strahlung aufweisen können, alsp solche, die unterschiedliche Strahlungsparameter haben. Die erste Laserarbeitsstrahlung soll beispielsweise CO2~Strahlung sein und die zweite Laserarbeitsstrahlung Nd:YAG-Strahlung. Es ist darauf zu achten, daß die Laserstrahloptik die beiden Strahlen fehlerfrei zu kombinieren vermag. Das wird insbesondere dadurch erreicht, daß der erste Laserarbeitsstrahl optische
Elemente nacheinander durchläuft, die im Sinne einer Vermeidung eines Strahlenversatzes miteinander abgestimmt sind. Infolgedessen liegt die Kombinationsstelle der Laserstrahloptik konstruktiv fest. Es ist nicht erforderlich, andere optische Maßnahmen zu treffen, um den Strahlenversatz auszugleichen. Zur Durchführung ausgleichender Maßnahmen müßten sonst Bauelemente eingebaut werden, die dort nachgeordnet werden müßten, wo in der Roboterachse kein Platz ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Laserstrahloptik zeichnet sich dadurch aus, daß das erste optische Element eine strahlendurchlässige Kompensationsplatte ist, daß das zweite optische Element eine ebenfalls strahlendurchlässige, jedoch den zweiten Laserarbeitsstrahl reflektierende Reflektorplatte ist, und daß die Eingangssymmetrieachse der Kompensationsplatte und die Ausgangssymmetrieachse der Reflektorplatte fluchten. Damit kann der Strahlenversatz durch zwei Platten kompensiert werden, deren Brechungseigenschaften identisch sind und die in Bezug aufeinander kompensatorisch wirken, was den Strahlenversatz betrifft.
Dabei ist zu bevorzugen, daß die beiden optischen Elemente in einem einen Strahlenversatz kompensierenden Winkel zueinander angeordnet sind.
Anstelle von Platten können alle optisch wirksamen Bauelemente eingesetzt werden, mit denen ein Strahlenversatz ausgeschaltet werden kann. In dieser Hinsicht kann es zweckmäßig sein, die Laserstrahloptik so auszubilden, daß zumindest ein optisches Element aus zwei, sich optisch plattenartig verhaltenden Prismen besteht.
Wenn die beiden optischen Elemente für CO2-Strahlung
durchlässig sind, können übliche Plattenwerkstoffe eingesetzt werden, die bezüglich der 10,6 [Im-Strahlung eines CO2~Lasers wohl erforscht und bewährt sind, zum Beispiel Zink-Selenid.
Es ist dann vorteilhaft und notwendig, die Laseroptik so auszubilden, daß das zweite optische Element für Nd:YAG-Strahlung hochreflektierend ist.
Um einen weitgehend verlustfreien Strahlungsdurchgang zu erreichen, kann die Laseroptik so ausgebildet werden, daß die beiden optischen Elemente jeweils strahleneintrittseitig und strahlenaustrittseitig antireflektierend beschichtet sind. Antireflektierende Beschichtung vermeidet Strahlungsverluste an den Ein- und Austrittsflächen der optischen Elemente.
Die Laseroptik kann ferner so ausgebildet werden, daß das zweite optische Element auf einer dem zweiten Laserarbeitsstrahl zugewandten Reflektorfläche diesen hochreflektierend beschichtet ist. Eine derartige hochreflektierende Beschichtung ist insbesondere dann erforderlich, wenn Strahlungsverluste des zweiten Laserstrahls vermieden werden sollen. Solche Strahlungsverluste wären insbesondere zu erwarten, wenn das zweite optische Element strahlungsdurchlässig wäre, wenn auch nur für eine Strahlung anderer Wellenlänge.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Laseroptik wird dadurch erreicht, daß für die Zuleitung des zweiten Laserarbeitsstrahls zum zweiten optischen Element ein dessen Reflektorfläche paralleler Umlenkspiegel vorhanden ist. Es wird eine zum zweiten Strahlengang rechtwinklige Umlenkung des zweiten Laserstrahls erreicht.
Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Laseroptik kann dadurch erreicht werden, daß die beiden optischen Elemente und bedarfsweise ein Umlenkspiegel in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind. Damit ergibt sich eine Baueinheit, die eine feste Zuordnung der optischen Elemente zueinander gewährleistet, unabhängig vom Zusammenbau dieser Baueinheit mit der Roboterachse. Das Gehäuse kann robust
sein, so daß die Ausbildung und Funktion der beiden optischen Elemente nicht gefährdet ist, insbesondere nicht beim Zusammenbau des Gehäuses mit der Roboterachse.
In Anpassung an die wichtigsten Ausgestaltungsmerkmale der Laseroptik kann diese so ausgebildet werden, daß ein einen Strahlenausgang aufweisendes Gehäuse an einer werkstückseitigen Stirnwand der Roboterachse angebracht ist und werkstückabgewendet einen ersten Strahleneingang des ersten Laserarbeitsstrahls und einen zweiten Strahleneingang des zweiten Laserarbeitsstrahls aufweist. Damit wird eine einfache und zuverlässige Befestigung des Gehäuses erreicht sowie eine zutreffende Zuordnung der Strahleneingänge zu den Strahlengängen .
In besonderer Weise kann die Laserstrahloptik dahingehend ausgebildet werden,- daß an das Gehäuse im Bereich seines ersten Strahleneingangs ein Strahlenversatzmodul angebaut ist, der im Bereich des ersten Strahlengangs einen ersten Versatzspiegel und zu Beginn des zweiten Strahlengangs einen zweiten Versatzspiegel aufweist. Die Umlenkung des ersten Laserarbeitsstrahls erfolgt infolgedessen mit einem besonderen Bauteil, das speziell auf seine Umlenk- bzw. Versatzaufgabe ausgebildet ist und zusätzlich mit dem Gehäuse zusammengebaut werden kann, das die beiden optischen Elemente aufweist.
Eine besondere Ausbildung der Laserstrahloptik ist dahingehend möglich, daß das Gehäuse im Bereich des zweiten Strahlengangs einen Einbaueinschnitt hat, in den ein die op-0 tischen Elemente aufweisender Elemententräger eingebaut ist. Der Elemententräger läßt insbesondere eine zutreffende Anordnung der optischen Elemente in Bezug aufeinander erreichen. Das Gehäuse kann im übrigen unabhängig vom Elemententräger ausgebildet werden und braucht lediglich im Bereich eines Zusammenbaus mit diesem Elemententräger genau genug ausgebildet
zu werden, um den optischen Anforderungen an eine Vermeidung des Strahlenversatzes zu genügen.
Die Laserstrahloptik; kann desweiteren dahingehend verbessert werden, daß der dem zweiten optischen Element optisch vorgeordnete Umlenkspiegel an einer Gehäuseaußenwand festgelegt ist, die einer werkstückseitigen Wand des Einbaueinschnitts parallel ist. Die Gehäuseaußenwand und die Wand des Einbauabschnittes können hochgenau parallel gefertigt werden. Das ist für die optische Präzision der Strahlenkombination von Vorteil.
Um die Laserstrahloptik dafür geeignet zu machen, daß sie in einer solchen Roboterachse angewendet werden kann, der weitere Achsen einer Rototerhand nachgeordnet sind, kann diese Laserstrahloptik so ausgebildet werden, daß der zweite Strahlengang und ein am reflektierenden optischen Element beginnender vierter, beiden Laserarbeitsstrahlen gemeinsamer Strahlengang in einer von der Längsachse der Roboterachse und von einer dazu senkrechten Schwenkachse einer weiteren Roboterachse gebildeten Ebene mit einem vorbestimmten Abstand von der Längsachse der Roboterachse angeordnet sind. Infolgedessen kann sich der beiden Arbeitsstrahlen gemeinsame Strahlengang in der Nähe eines Außenumfangs der Roboterachse befinden, in deren Längsachse können für nachfolgende Achsen notwendige Bauteile angeordnet werden und es ist nur ein einziger Spiegel zur Strahlenumlenkung in die Schwenkachse der weiteren Roboterachse notwendig.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:
Fig.l eine schematische Darstellung eines Knickarmroboters,
Fig.2 eine Unteransicht einer Roboterachse, an der werk-
stückseitig zwei weitere Handachsen angeordnet
sind, mit teilweisen Schnittdarstellungen,
Fig.3 eine vereinfachte Seitendarstellung der Roboterachse
der Fig.2 mit Schnittdetails,
Fig.3a eine vergrößerte Detaildarstellung A der Fig.3,
Fig.4,5 schematisierte Strahlengänge in Roboterachsen
und
Fig.4a das Detail B der Fig.4.
Der in Fig.l schematisch dargestellte Knickarmroboter ist so ausgebildet, daß er in allen Richtungen kartesischer Koordinaten x,y und &zgr; die erforderlichen Bewegungen im Rahmen der Reichweiten seiner Achsen 37,38,39,10,35 und 36 ausführen kann. Sämtliche vorgenannten Achsen sind Drehachsen, deren Drehverstellung durch Motorkraft erfolgt. Fig.2 zeigt schematisch die Anordnung eines Antriebsmotors 3 7 für die Roboterachse 10. Der Stellmotor 37 wird, wie auch die Stellmotoren der anderen Drehachsen, von einer nicht näher erläuterten Bahnsteuerung so beaufschlagt, daß er die gewünschten Achsendrehbewegungen veranlaßt. Der Roboter soll für die 3-D-Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlung eingesetzt werden, wozu er eine spezielle Roboterhand hat, die in den Fig. 2,3 dargestellt ist. Diese Roboterhand besteht im wesentlichen aus der roboterseitigen Roboterachse 10 und zwei baulich miteinander kombinierten Handachsen 35,36. Die Achse 3 6 ist mit Hilfe von Drehlagern 40 um ihre Längsachse drehbar, was durch den Doppelpfeil 36' in Fig.l angedeutet ist. In dieser Achse 3 6 befindet sich eine Fokussieroptik 40, mit der zwei Laserarbeitsstrahlen 13,16 auf ein Werkstück fokussiert werden können. Die Handachse 3 5 ist um eine Schwenkachse 34 schwenkbar, die von einem Drehlager 42 gebildet ist. Die Doppelpfeile 35' in den Fig.l und 3 kennzeichnen die infolgedessen vorhandene Drehverstellbarkeit der Handachse 35, so daß die Handachse 3 6 in die in Fig.3 dargestellten Stellungen gelangen kann. Die Handachse 3 5 ist im übrigen fest von der Roboterachse 10 gehalten, die werkstückseitig eine Stirnwand 24 für diese Befestigung aufweist.
Die Roboterachse 10 besteht entsprechend den Fig.2,3 im wesentlichen aus einem Rohrgehäuse 43, das an seinem der Stirnwand 24 gegenüberliegenden Ende an ein Getriebegehäuse 44 des Motors 37 angebaut ist. Das Getriebegehäuse 44 hat Anbauflansche 45 für einen in Fig.l schematisch dargestellten ersten Laser 46. Die von diesem Laser 46 erzeugte Laserstrahlung wird durch eine Laserstrahlungszuleitung 47 und einen in Fig.2 angedeuteten Stahlungseingang 48 in einen ersten Strahlengang 12 gebracht, der mit einer Längsachse 11 der Roboterachse 10 gleichachsig ist. Des weiteren ist ein nicht dargestellter zweiter Laser vorhanden, dessen Laserstrahlung mit einer weiteren Laserstrahlungszuleitung 49 in einen dritten Stahlengang 15 gebracht wird, der sich innerhalb des Rohrgehäuses 43 parallel zum ersten Strahlengang 12 befindet. Während der erste Laser 46 beispielsweise ein CO2-Laser ist, ist der zweite Laser beispielsweise ein Nd:YAG-Laser, so daß die beiden von den Lasern erzeugten Laserarbeitsstrahlen 13,16 entsprechend unterschiedliche Wellenlängen haben. Der Laser 46 ist beispielsweise mit einer Leistung von 3 00 Watt bei einer Strahlqualität von k = 0,7 ausgestattet, während der nicht dargestellte Nd:YAG-Laser eine Leistung von 200 Watt hat. Die Zuleitung der Laserstrahlung des zweiten Laserarbeitsstrahls 16 erfolgt beispielsweise mit einer flexiblen Zuleitung in Gestalt einer Glasfaserleitung zu einem Anschlußelement 50 oder auch Getriebegehäuse 44.
Damit die Laserarbeitsstrahlen 13,16 einem Werkstück 18 in gewünschter Weise raumsparend zugeführt werden können, müssen sie in vorbestimmter Weise kombiniert werden können. Diese Kombination erfolgt in erster Linie mit einer der Stirnwand 24 nahen Laserstrahloptik, die in einem Gehäuse 22 untergebracht ist. Das Gehäuse 22 ist an der Stirnwand 24 mit Befestigungsstellen 22' befestigt und hat hier einen Strahlenausgang 23, der in einen Strahlendurchtritt 24' der Stirnwand 24 mündet. Dem Strahlenausgang 23 gegenüberliegend, also
werkstückabgewendet trägt das Gehäuse 22 ein Strahlenversatzmodul 27. Dieses Modul 27 hat einen ersten Versatzspiegel 28, der im ersten Strahlengang 12 des ersten Laserarbeitsstrahls 13 angeordnet ist, so daß dieser Laserarbeitsstrahl 13 auf den Versatzspiegel 28 trifft und vertikal zum ersten Strahlengang 12 umgelenkt wird. Infolge dieser Umlenkung trifft der erste Laserarbeitsstrahl 13 auf einen zweiten Versatzspiegel 29, mit dem der erste Laserarbeitsstrahl 13 in einen zweiten Strahlengang 14 umgelenkt wird. Durch den zweiten Strahlengang 14 gelangt der erste Laserarbeitsstrahl 13 in das Gehäuse 22 bis zu dessen Strahlenausgang 23.
Der dritte Strahlengang 14 für den zweiten Laserarbeitsstrahl 16 fluchtet mit einem zweiten Strahleneingang 2 6 des Gehäuses 22. Der zweite Laserarbeitsstrahl 16 trifft auf einen Umlenkspiegel 22, von dem aus er senkrecht zur Längsachse 11 umgelenkt wird und auf eine Reflektorfläche 20' einer Reflektorplatte 20 trifft, welche den zweiten Laserarbeitsstrahl 17 erneut rechtwinklig umlenkt, nämlich in einen vierten Strahlengang 33.
Die Reflektorplatte 2 0 dient außer der Umlenkung des zweiten Laserarbeitsstrahls 16 auch einem Strahlendurchtritt des ersten Laserarbeitsstrahls 13. Dieser durchläuft auf seinem Weg über den zweiten Strahlengang 40 zum beiden Laserstrahlen 13,16 gemeinsamen Strahlengang 33 zwei in Strahlungsrichtung aufeinanderfolgend angeordnete optische Elemente, nämlich zunächst eine Kompensationsplatte 19 und dann die Reflektorplatte 20. Die Kompensationsplatte 19 hat Brechungseigenschaften, aufgrund der ein Strahlenversatz 17 entsteht. Die Reflektorplatte 2 0 hat ebenfalls Brechungseigenschaften, die einen entgegengesetzten, nicht näher bezeichneten Strahlenversatz zur Folge haben. Beide Platten 19,20 sind so ausgebildet und angeordnet, daß die Eingangssymmetrieachse 19 der Kompensationsplatte 19 und die Ausgangssymmetrieachse 20"' der Reflektorplatte 20 fluchten. Infolgedessen wird der
• · ■
·♦· ··
• *
10
Strahlenversatz 17 im Bezug auf eine Strahlenaustrittsstelle 20''' der Reflektorplatte 20 kompensiert. Der Einbau der Kompensationsplatte 19 bewirkt, daß der die Reflektorplatte 20 verlassende Laserarbeitsstrahl 13 genau an einer vorbestimmten Strahlaustrittsstelle 20' '' erfolgt. Diese Strahlaustrittsstelle 20 ' ' ' kann genau mit der Ref lektionsstelle zusammenfallen, die zur Reflektion des Laserarbeitsstrahls 16 auf der Reflektorfläche 20' vorbestimmt ist. Es ergibt sich damit die in Fig.4 dargestellte Möglichkeit, die Arbeitsstrahlen 13,16 koaxial anzuwenden, ohne im Bereich der Laserstrahloptik im Hinblick auf einen Strahlenversatz 17 besondere bauliche oder sonstige Justiermaßnahmen durchführen zu müssen. Vielmehr kann die Laseroptik als Baueinheit ausgebildet werden, die mit hoher Präzision wirkt.
Das Gehäuse 22 ist mit einem in der Darstellungsebene der Fig.3a ersichtlichen Einbaueinschnitt 30 versehen. Dieser Einbaueinschnitt 3 0 ist V-förmig und hat einen Spitzenwinkel CX. Dieser Winkel ist vorzugsweise ein rechter. In den Einbaueinschnitt 30 kann ein Elemententräger 31 eingebaut sein, der die beiden Platten 19,20 trägt. Diese beiden Platten 19,20 sind ebenfalls in einem rechten Winkel angeordnet, so daß sich ein mechanisch vorteilhafter, nämlich präziser Zusammenbau des Elemententrägers 31 mit dem Einbaueinschnitt 30 des 5 Gehäuses 22 ergibt. Mit diesem Zusammenbau wird dazu beigetragen, daß sich die Brechungseigenschaften der Platten 19,20 möglichst genau kompensieren. Weitere Voraussetzungen dafür sind, daß die Platten 19,20 gleiche Brechungseigenschaften aufweisen, bei gleichem Werkstoff insbesondere gleich dick sind.
Damit die Ausgangssymmetrieachse 20' ' und die Mitte des auf die Reflektorfläche 20' fallenden zweiten Laserarbeitsstrahls 16 identisch sind bzw. zusammenfallen, muß auch der Umlenkspiegel 21 präzise angeordnet sein. Dies wird dadurch erreicht, daß der Umlenkspiegel an einer Gehäuseaußenwand 32
• · · « ·· · • ·
• ·
•
•
• *
• «
• ·
• ·
• ·
• ·
• ·
• ·
• · B • · · ·
•
• *
•
• · · · ·
• · · · ··
• «
■ ·
• » • · · ♦ • · • ·
• ·
* &igr;
• i
* • · ·
• ·
• · · · «
··· · · ·
• ·
• · ·
&igr; · · · • ·
• - · ·
• ·
• ·
• · · ·
·· ♦· · ·
• ·
• ·
• ■
11
festgelegt ist, die einer werkstückseitigen Wand 30' des Einbaueinschnittes 30 parallel ist. Beide Wände 30',32 können exakt parallel hergestellt werden, um den Genauigkeitsanforderungen zu genügen.
5
Die Laserstrahloptik soll möglichst verlustfrei ausgebildet sein. Für die beiden Platten 19,20 wird beispielsweise Zink-Selenid vorgesehen. Außerdem kann mit Beschichtungen erreicht werden, daß die Laserstrahloptik möglichst wenig optisehe Verluste hat. Beispielsweise kann jede Plattenseite der Platten 19,20 antireflektierend beschichtet sein. Das gelingt beispielsweise mit einer dielektrischen Schicht, die aus zwei Schichten mit je unterschiedlichem Brechungsindex aus der Reihe der Fluoride BaF2, MgF2, oder YbM3 besteht. Die Reflektorfläche 20' der Reflektorplatte 20 muß für die Strahlung des zweiten Laserarbeitsstrahls 16 hingegen möglichst gut reflektieren, was durch eine hochreflektierende Beschichtung erreicht werden kann. Eine solche Beschichtung wurde mit mehr als fünf Schichten aus den vorgenannten Stoffen erreicht, so daß sie für CC>2-Strahlung antiref lektierend, für Nd ^AG-Strahlung hingegen hochreflektierend war.
Der vierte Strahlengang 33, der für beide Laserarbeitsstrahlen 13,16 gemeinsam ist, führt durch die Stirnwand 24 zu der Achse 35. Hier ist ein Umlenkprisma 35' ' im Bereich der Schwenkachse 34 mit Abstand 66 zu einer Symmetrieachse eines mit der Handachse 36 drehbaren Fokussierspiegels 41 angeordnet, so daß die Laserarbeitsstrahlen 13,16 zum Fokussierspie-
gel 41 umgelenkt werden.
30
Ein Vergleich der Fig.4,5 zeigt, daß die Laserarbeitsstrahlen 13,16 im gemeinsamen vierten Strahlengang 33 nicht notwendigerweise gleichachsig angeordnet sein müssen. Es ist vielmehr auch eine Parallelachsigkeit denkbar. Während bei gleichachsigen Laserarbeitsstrahlen 13,16 eine gleichzeitige und/oder taktweise aufeinanderfolgende Bearbeitung des Werkstücks 18 erfolgen kann, indem beispielsweise eine Schneidstelle 52 und eine Schweißstelle 53 ausgebildet werden, läßt
• ·
• ·
12
sich bei Parallelachsigkeit erreichen, daß in vorbestimmtem Abstand voneinander angeordnete Bearbeitungsstellen 54 oder 55 gleichzeitig und/oder taktweise nacheinander bearbeitet werden können. In allen Fällen ist die Ausbildung einer Laserstrahloptik vorteilhaft, die aufgrund der vorbeschriebenen Konstruktionen justierunempfindlich ist.
• ·

Claims (15)

1. Laserstrahloptik in einer Roboterachse (10), in deren Längsachse (11) ein erster Strahlengang (12) eines ersten Laserarbeitsstrahls (13) anzuordnen ist, der werkstückseitig in einen achsparallelen zweiten Strahlengang (14) umlenkbar ist, und in der ein dritter Strahlengang (15) eines zweiten Laserarbeitsstrahls (16) achsparallel zum ersten Strahlengang (12) des ersten Laserarbeitsstrahls (13) anzuordnen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Strahlengänge (12 oder 14) des ersten Laserarbeitsstrahls (13) zwei davon zu einem Werkstück hin durchstrahlbare optische Elemente aufeinanderfolgend angeordnet sind, die im Sinne einer Kompensation eines Strahlenversatzes (17) aufeinander abgestimmt sind, und daß dem zweiten der beiden optischen Elemente der zweite Laserarbeitsstrahl (13) zugeleitet und von diesem zum Werkstück (18) hin reflektrierbar ist.
2. Laserstrahloptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element eine strahlendurchlässige Kompensationsplatte (19) ist, daß das zweite optische Element eine ebenfalls strahlendurchlässige, jedoch den zweiten Laserarbeitsstrahl (16) reflektierende Reflektorplatte (20) ist, und daß die Eingangssymmetrieachse (19') der Kompensationsplatte (19) und die Ausgangssymmetrieachse (20") der Reflektorplatte (20) fluchten.
3. Laserstrahloptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden optischen Elemente in einem einen Strahlenversatz (17) kompensierenden Winkel (α) zueinander angeordnet sind.
4. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein optisches Element aus zwei, sich optisch plattenartig verhaltenden Prismen besteht.
5. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden optischen Elemente für CO2-Strahlung durchlässig sind.
6. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Element für Nd:YAG-Strahlung hochreflektierend ist.
7. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden optischen Elemente jeweils strahleneintrittseitig und strahlenaustrittseitig antireflektierend beschichtet sind.
8. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Element auf einer dem zweiten Laserarbeitsstrahl (16) zugewandten Reflektorfläche (20') diesen hochreflektierend beschichtet ist.
9. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuleitung des zweiten Laserarbeitsstrahls (16) zum zweiten optischen Element ein dessen Reflektorfläche (20') paralleler Umlenkspiegel (21) vorhanden ist.
10. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden optischen Elemente und bedarfsweise ein Umlenkspiegel (21) in einem einzigen Gehäuse (22) angeordnet sind.
11. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Strahlenausgang (23) aufweisendes Gehäuse (22) an einer werkstückseitigen Stirnwand (24) der Roboterachse (10) angebracht ist und werkstückabgewendet einen ersten Strahleneingang (25) des ersten Laserarbeitsstrahls (13) und einen zweiten Strahleneingang (26) des zweiten Laserarbeitsstrahls (16) aufweist.
12. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gehäuse (22) im Bereich seines ersten Strahleneingangs (25) ein Strahlenversatzmodul (27) angebaut ist, der im Bereich des ersten Strahlengangs (12) einen ersten Versatzspiegel (28) und zu Beginn des zweiten Strahlengangs (14) einen zweiten Versatzspiegel (29) aufweist.
13. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) im Bereich des zweiten Strahlengangs (14) einen Einbaueinschnitt (30) hat, in den ein die optischen Elemente aufweisender Elemententräger (31) eingebaut ist.
14. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der dem zweiten optischen Element optisch vorgeordnete Umlenkspiegel (21) an einer Gehäuseaußenwand (32) festgelegt ist, die einer werkstückseitigen Wand (30') des Einbaueinschnitts (30) parallel ist.
15. Laserstrahloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strahlengang (16) und ein am reflektierenden optischen Element beginnender vierter, beiden Laserarbeitsstrahlen (13, 16) gemeinsamer Strahlengang (33) in einer von der Längsachse (11) der Roboterachse (10) und von einer dazu senkrechten Schwenkachse (34) einer weiteren Roboterachse (35) gebildeten Ebene mit einem vorbestimmten Abstand (59) von der Längsachse (11) der Roboterachse (12) angeordnet sind.
DE20021369U 2000-12-18 2000-12-18 Laserstrahloptik in einer Roboterachse Expired - Lifetime DE20021369U1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE20021369U DE20021369U1 (de) 2000-12-18 2000-12-18 Laserstrahloptik in einer Roboterachse
DE10161175A DE10161175B4 (de) 2000-12-18 2001-12-13 Laserstrahloptik in einer Roboterachse
GB0129791A GB2370652B (en) 2000-12-18 2001-12-13 Laser beam optics in a robot link
GB0129789A GB2370651B (en) 2000-12-18 2001-12-13 Laser robot for workpiece machining and method for workpiece machining with a laser robot
US10/024,791 US6563083B2 (en) 2000-12-18 2001-12-18 Laser robot for workpiece machining and method for workpiece machining with a laser robot
US10/025,163 US6795482B2 (en) 2000-12-18 2001-12-18 Laser beam optics in a robot link

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE20021369U DE20021369U1 (de) 2000-12-18 2000-12-18 Laserstrahloptik in einer Roboterachse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE20021369U1 true DE20021369U1 (de) 2002-05-02

Family

ID=7950195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE20021369U Expired - Lifetime DE20021369U1 (de) 2000-12-18 2000-12-18 Laserstrahloptik in einer Roboterachse

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE20021369U1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018184615A1 (de) * 2017-04-03 2018-10-11 Robot-Technology Gmbh Bearbeitungsroboter zur bearbeitung von werkstücken mit einem laserstrahl, mit einem an einem arm des roboters integrierten bearbeitungslaser

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29716121U1 (de) * 1997-09-09 1999-01-14 Reis GmbH & Co. Maschinenfabrik, 63785 Obernburg Roboterhand für die Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29716121U1 (de) * 1997-09-09 1999-01-14 Reis GmbH & Co. Maschinenfabrik, 63785 Obernburg Roboterhand für die Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018184615A1 (de) * 2017-04-03 2018-10-11 Robot-Technology Gmbh Bearbeitungsroboter zur bearbeitung von werkstücken mit einem laserstrahl, mit einem an einem arm des roboters integrierten bearbeitungslaser
CN110944788A (zh) * 2017-04-03 2020-03-31 机器人技术有限公司 用于利用激光束、利用集成在机器人的臂上的加工激光器来加工工件的加工机器人

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10161175B4 (de) Laserstrahloptik in einer Roboterachse
EP0863588B1 (de) Laseroptik sowie Diodenlaser
DE10136611C1 (de) Optische Anordnung zur Formung und Homogenisierung eines von einer Laserdiodenanordnung ausgehenden Laserstrahls
DE19983939B4 (de) Laserstrahlmaschine
DE19933825B4 (de) Laserbearbeitungsvorrichtung
EP0835715A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Laser-Behandlung eines Werkstückes mittels eines Diodenlasers
EP0395910B1 (de) Spiegel zur Veränderung der geometrischen Gestalt eines Lichtbündels
EP0525528A1 (de) Anordnung zur Kohärenzreduktion und Strahlformung eines Laserstrahls
EP1395385B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum robotergesteuerten schneiden von zu fügenden werkstücken mit laserstrahlung
DE2633391A1 (de) Optische anordnung zur erzeugung von lichtstrahlen, die genau im rechten winkel zueinander stehen
EP2184139B1 (de) Vorrichtung zur hochdynamischen 3-D-Bearbeitung eines Werkstückes mit Laserstrahl
DE102011119478B4 (de) Vorrichtung zur fremdbeleuchteten Visualisierung eines mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls erfolgenden Bearbeitungsprozesses sowie Umlenkelement
WO1991017015A1 (de) Vorrichtung zum übertragen von laserlicht
EP2439013B1 (de) Vorrichtung zur simultanen Umfangsbearbeitung eines Werkstückes mit Laserstrahlen
DE102010015023A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätssicherung und Prozesskontrolle bei der Laserbearbeitung von Werkstücken
DE4006622C2 (de) Vorrichtung zum Überwachen von mit Laserstrahlung bearbeiteten Werkstücken
DE202017101590U9 (de) Vorrichtung zur Führung eines Laserstrahls auf ein Werkstück
DE3218739C2 (de)
WO1994017576A1 (de) Leistungsgesteuertes fraktales lasersystem
DE20021369U1 (de) Laserstrahloptik in einer Roboterachse
DE4413158C2 (de) Vorrichtung zum großflächigen und umweltschonenden Entfernen einer Schicht aus Lack oder Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluoräthylen
EP0771606A2 (de) Strahlschweissverfahren mit Kantenverrundung
EP2445688B1 (de) Bearbeitungszentrum
DE102007028570B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken unter Verwendung eines Laserstrahls
DE102022130840A1 (de) Prozessmonitor für Laserbearbeitungskopf

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R207 Utility model specification

Effective date: 20020606

R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years

Effective date: 20040330

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: REIS GMBH & CO. KG MASCHINENFABRIK, DE

Free format text: FORMER OWNER: THYSSEN LASER-TECHNIK GMBH, 52074 AACHEN, DE

Effective date: 20051118

R151 Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years

Effective date: 20070308

R158 Lapse of ip right after 8 years

Effective date: 20090701