CH684580A5

CH684580A5 - Vorrichtung zum Ausrichten des Laserstrahls einer Laserbearbeitungsmaschine.

Info

Publication number: CH684580A5
Application number: CH3625/90A
Authority: CH
Inventors: L Ream Stanley; Shue Lee Chun; C Lim Gnian; Fukae Kenneth
Original assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1989-11-16
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1994-10-31
Also published as: DE4036127A1; IT9022084A0; DE4036127C2; KR910009381A; JPH03180292A; KR0156572B1; JP2931078B2; GB2238867B; GB9024662D0; FR2654375B1; FR2654375A1; GB2238867A; IT9022084A1; US5011282A; IT1248894B

Description

1

CH 684 580 A5

2

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten des Laserstrahls einer Laserbearbeitungsmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Vorrichtung für eine Laserbearbeitungsmaschine mit mehreren Achsen.

Auf dem Gebiet der Materialbearbeitung ist das Spektrum der Aufgaben, die man heute mit Laserstrahlen lösen kann, einfach verblüffend. Es überrascht daher nicht, dass eine grosse Anzahl Laserbearbeitungsmaschinen entwickelt wurde, um die schwierigsten und genauesten Arbeiten durchzuführen.

Um eine wirksame Laserbearbeitung durchzuführen, ist es selbstverständlich notwendig, die Position des Laserstrahls in der Bearbeitungslage sehr genau zu kontrollieren. Wenn die Bearbeitung ein Profil betrifft, wie meistens der Fall ist, ergeben sich daraus zwei verschiedene Teilaufgaben: Kontrolle der Position der Fokussierlinse der Laserbearbeitungsmaschine bezüglich des Werkstücks und Zentrierung des Laserstrahls bevor er durch die Fokussierlinse geht.

In bezug auf die erste Anforderung gibt es verschiedene bekannte mechanische Mittel zur Kontrolle der Position der Fokussierlinse. Vielleicht ist das Üblichste, die Fokussierlinse auf die Spitze eines mit mechanischen Armen geführten Bearbeitungskopfes zu montieren.

Was die Anforderung der Zentrierung anbetrifft, ist es notwendig, dass der Laserstrahl, bevor er aus der Fokussierlinse herausgeht, vollkommen genau in Übereinstimmung mit jeder Bahn bleibt, die er zwischen der Laserquelle und der Fokussierlinse während des ganzen Bearbeitungsprozesses einnimmt. Mit anderen Worten: wenn der Bearbeitungskopf sich entlang den Achsen der Laserbearbeitungsmaschine bewegt, muss der Laserstrahl ständig die Ausrichtung nach diesen Achsen beibehalten.

Um zu bewirken, dass der Laserstrahl die Ausrichtung nach diesen Achsen in der Laserbearbeitungsmaschine behält, sind Spiegel zur Führung des Laserstrahls von der Laserquelle zur Fokussierlinse vorhanden, wobei jeder dieser Spiegel sich an einem Ende der entsprechenden Achse befindet. Im Fall beispielsweise einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem in drei Dimensionen frei beweglichen Kopf sind mindestens drei reflektierende Spiegel vorhanden. Insbesondere ist ein X-Achsenspie-gel am Basisende eines X-Achsenarms, ein Y-Achsenspiegel am Basisende eines Y-Achsenarms und ein Z-Achsenspiegel am Basisende eines Z-Ach-senarms vorgesehen.

Zudem kann der sich am Ende einer jeden Achse befindende Spiegel um zwei gegeneinander senkrecht verlaufende, auf der Fläche des Spiegels liegende Achsen gedreht werden, so dass der reflektierte Laserstrahl genau parallel zu jeder Achse projiziert werden kann.

Durch eine sequenzielle Einstellung der Winkel dieser Spiegel, beispielsweise mit der X-Achse beginnend, ist es daher möglich, den Laserstrahl genau so zu eichen, dass er parallel zu jeder Achse laufen kann. Dadurch muss die fokale Position des Laserstrahls nicht relativ zum Bearbeitungskopf bewegt werden, auch wenn sich die Arme bewegen.

In einer konventionellen Vorrichtung werden jedoch die Spiegel manuell eingestellt. Zum Beispiel muss ein Operator einen Strahlausgang neben dem Bearbeitungskopf beobachten, während ein anderer Operator den Spiegel nach den Instruktionen des ersten Operators eicht. Dies muss für jeden Spiegel der Reihe nach gemacht werden.

Die Einstellung des Laserstrahls ist daher eine sehr langweilige und zeitraubende Operation, die nur von routinierten Experten erledigt werden kann.

Im Hinblick auf die Nachteile der Laserbearbeitungsmaschinen nach dem Stand der Technik ist es daher ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Ausrichtung des Laserstrahls einfach und schnell durchgeführt werden kann.

Ein anderer Zweck der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der diese Ausrichtung schnell und sehr genau mit Hilfe eines Computers erfolgen kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsmaschine, bei der eine Ausführung einer Vorrichtung zum Ausrichten des Laserstrahls nach der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt ist,

Fig. 2 eine einfache schematische Darstellung einer Spiegelanordnung der Vorrichtung zum Ausrichten des Laserstrahls nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Skizze zur Darstellung der Einfallwinkel eines Laserstrahls bei seiner Expansion und Kollimation durch die Anordnung gemäss Fig. 2,

Fig. 4 eine einfache Skizze zur Darstellung einer Ausführung der Spiegeleinstellungsmittel für eine Vorrichtung zum Ausrichten des Laserstrahls nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 eine einfache Skizze zur Darstellung einer weiteren Ausführung der Spiegeleinstellungsmittel für eine Vorrichtung zum Ausrichten des Laserstrahls nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 eine Darstellung einer Ausführung einer Vorrichtung zur Detektion der Laserstrahlposition,

Fig. 7 eine Schnittansicht nach der Linie VII—VII in Fig. 6 in Pfeilrichtung,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Ausführung der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Ausführung der Hauptsteuereinheit der Vorrichtung nach Fig. 8,

Fig. 10 ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Spiegelmotorantriebseinheit der Vorrichtung nach Fig. 8,

Fig. 11 bzw. Fig. 11A und Fig. 11B ein Flussdiagramm zur Darstellung der Arbeitsweise einer er-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 684 580 A5

4

sten Ausführung nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 12 eine Skizze zur Erläuterung einer Anzeige auf einem Sichtgerät beim Betrieb der ersten Ausführung nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 eine Skizze zur Erläuterung einer Anzeige auf einem CRT Monitor beim Betrieb der ersten Ausführung nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 14 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführung der Hauptsteuereinheit der Vorrichtung nach Fig. 8,

Fig. 15 bis 18 Skizzen zur Veranschaulichung des Berechnungsprinzips des Neigungswinkels eines Laserstrahls bezüglich der X-, Y- und Z-Achsen in der zweiten Ausführung nach Fig. 14, und

Fig. 19A und 19B Flussdiagramme zur Darstellung der Arbeitsweise der zweiten Ausführung nach Fig. 14.

Zunächst wird anhand von Fig. 1 eine kurze Beschreibung einer Ausführung nach der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer allgemeinen Beschreibung einer Laser-Bearbeitungsmaschine 1 angegeben, und zwar durch eine perspektivische Darstellung dieser Ausführung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, umfasst die Laser-Bearbeitungsmaschine 1 vier Säulen 3, die zwei Träger 5 und zwei X-Achsenschienen 7 halten, die sich parallel zur X-Achse erstrecken. Durch die X-Achsenschienen 7 gleitend geführt befinden sich je ein X-Achsen-Gleitglied 9 und 11 als Bestandteile eines X-Achsen-Schlittens 13, dessen Hauptteil sich zwischen den Gleitgliedern 9 und 11 befindet und daher in der Y-Achsenrichtung bewegbar ist. Der X-Achsen-Schlitten 13 hält seinerseits einen Y-Achsen-Schlitten 15, der gleitend auf dem X-Achsen-Schlitten 13 montiert ist. Über dem Boden des Y-Achsen-Schlittens 15 ist eine höhenverstellbare Z-Achsensäule 17 angeordnet.

An der höhenverstellbaren Z-Achsensäule 17 ist ein drehbar um eine vertikale Achse C1 montiertes Element 19 und am Element 19 ein drehbar um eine horizontale Achse C2 montierter Laser-Bearbeitungskopf 21 angeordnet.

In der Laser-Bearbeitungsmaschine 1 kann daher der Laser-Bearbeitungskopf 21 in drei dimensiona-len Richtungen bewegt werden, indem der X-Achsen-Schlitten 13 in der X-Achsenrichtung, der Y~ Achsen-Schlitten 15 in der Y-Achsenrichtung und die höhenverstellbare Z-Achsensäule 17 in der Z-Achsenrichtung bewegt werden.

Durch Drehung des Elements 19 um die vertikale Achse G1 und durch Drehung des Laser-Bearbeitungskopfs 21 um die horizontale Achse C2 kann die Spitze des Laser-Schneidekopfes 21 in jeder dieser drei dimensionalen Richtungen bewegt werden.

Um einen Laser-Strahl zu erzeugen ist ein Laser-Generator 23 auf der hinteren Seite des Trägers 5 angeordnet.

Insbesondere umfasst der Laser-Generator 23 einen ersten Laser-Oszillator, beispielsweise einen He-Ne-Laser-Oszillator zur Erzeugung eines sichtbaren Laserstrahles, der in geradliniger Ausrichtung mit dem Laserstrahlpfad verwendet wird, und einen zweiten Laser-Oszillator, beispielsweise einen CO2-

Laser-Oszillator zur Erzeugung eines Hochenergie-Strahles, der die Laser-Bearbeitung durchführt.

Der Laser-Generator 23 umfasst zudem eine optische Vorrichtung, die wahlweise den sichtbaren Laserstrahl oder den Hochenergie-Laserstrahl vom ersten oder vom zweiten Laser-Oszillator entlang einem vorbestimmten optischen Pfad abgibt.

Ferner ist, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, eine Kombination von Spiegeln in vorbestimmten Positionen innerhalb der Laser-Bearbeitungsmaschine 1 vorgesehen, um den Laserstrahl L vom Laser-Generator 23 zum Laser-Bearbeitungskopf 21 zu führen.

Zu diesem Zweck sind an der hintersten Seite einer der X-Achsenschienen 7 ein Viertelwellen-Spiegel 29 zur Zirkularpolarisierung des Laserstrahls vom Laser-Generator 23 und ein ebener Spiegel 31 zur Reflektierung des Laserstrahls L vom Viertel-wellen-Spiegel 29 zu einem ersten Hohlspiegel 33 angeordnet. Der erste Hohlspiegel 33 dient zur Expandierung des Laserstrahls L, während er ihn gegen den zweiten Hohlspiegel 35 reflektiert, der dann ihn reflektiert und kollimiert längs der X-Achse. Dabei ist der erste Hohlspiegel 33 linear verstellbar angeordnet, so dass der Abstand zwischen den zwei Hohlspiegeln 33 und 35 geeicht werden kann, um eine korrekte Kollimation zu gewährleisten. Der erste Hohlspiegel 33 dient daher als Expander und der zweite Hohlspiegel 35 sowohl als Kollimator als auch als ein X-Achsen Richtspiegel, weshalb er nachfolgend als X-Achsen-Spiegel 35 betrachtet werden soll.

Um die Gesamtaberration kleiner als 5% zu halten, sind der erste Hohlspiegel 33 (Fig. 3) und der X-Achsen-Spiegel 35 derart angeordnet, dass die Einfallwinkel 01 und 62 kleiner als 3° (Grad) gesetzt werden.

Nach der Reflexion des Laserstrahls L beim X-Achsenspiegel 35 (Fig. 1 und 2) pflanzt er sich längs der X-Achse fort, bis er zum Y-Achsenspiegel 37 gelangt, der, da er auf dem Gleitglied 11 montiert ist, ihn dann längs der Y-Achse über einen Verschiebungsspiegel 39 gegen den Z-Achsenspie-gel 41 reflektiert, wobei sich beide auf dem Y-Achsen-Schlitten 15 befinden. Der Verschiebungsspiegel 39 kann zur Korrektur irgendeiner Verschiebung des Laserstrahls L dienen, bevor er gegen den Z-Achsenspiegel 41 stösst. Nachdem schliesslich der Laserstrahl L den Spiegel 41 getroffen hat, wird er im unteren Bereich der Z-Achsensäule 17 beim Element 19 bzw. beim Laser-Bearbeitungskopf 21 reflektiert. Im Element 19 und im Laser-Bearbeitungs-kopf 21 wird der Laserstrahl L durch einen ersten Hauptspiegel 43 und einen zweiten Hauptspiegel 45 reflektiert und gelangt zum Zentrum der Fokussierlinse 47.

Wie in Fig. 4 dargestellt, ist auf jedem der Spiegel 31, 33, 35, 37, 39 und 41 eine Spiegelablen-kungskorrektionsvorrichtung 49 vorhanden, um zu bewirken, dass die Spiegel um zwei orthogonale Achsen F und G gedreht werden können, die sich innerhalb der Reflexionsebene aller Spiegel befinden.

Insbesondere ist die Einrichtung eines vertikalen Gleichstrommotors 51 und eines horizontalen

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 684 580 A5

6

Gleichstrommotors 53 vorgesehen, die geeignete Mittel aufweisen, beispielsweise ein Getriebe mit einer grossen Untersetzung und Schrauben mit Differentialgewindegang 55, 57, um einen der Spiegel 31, 33, 35, 37, 39, 41 um die zwei orthogonalen Achsen F bzw. G abzulenken. Die relative Ablenkrichtung um jede dieser Achsen F und G wird durch Einschalten einer positiven oder negativen Spannung an die Motoren 51 und 53 gesteuert.

Wie in Fig. 5 dargestellt, kann anstelle der in Fig. 4 dargestellten Schrauben 55, 57 und Motoren 51, 53 auch eine Spiegelträgervorrichtung 59, 61, 63 als Spiegelablenkungskorrekturvorrichtung verwendet werden. In diesem Fall ist die Spiegelträgervorrichtung 59, 61, 63 auf einer Fläche der Spiegelträgerplatte 65 montiert und an den Ecken eines Dreiecks angeordnet, um darauf den Spiegel 31 (oder 33, 35, 37, 39 oder 41) zu tragen. Somit kann durch Erstrecken oder Ziehen eines Stabs von einer der Vorrichtungen 59, 61, 63 bezüglich des Körpers derselben der Ablenkungswinkel des Spiegels 31 (oder 33, 35, 37, 39 oder 41) geeicht werden.

Bezug nehmend wiederum auf Fig. 1, ist auf der Maschine 1 eine NC-Vorrichtung 67 vorhanden, um die Verschiebungsbewegungen in den drei Achsen des X-Achsen-Schlittens 13, des Y-Achsen-Schlit-tens 15 bzw. der höhenverstellbaren Z-Achsensäule 17 und die Drehbewegung des Elements 19 und des Laser-Bearbeitungskopfes 21 zu steuern. Eine Steuer-Einheit, beispielsweise eine Tastatur-Einheit 69, die als Lehrbox für die Eingabe eines Treiber-Programms durch eine Lehroperation oder dgl. dient, ist an die NC-Vorrichtung 67 angeschlossen.

Zudem ist eine Computer-Steuereinheit 71 zur Steuerung des Laser-Generators 23 und zur Eichung der Spiegel 31, 33, 35, 37, 39, 41 mit der NC-Vorrichtung 67 gekoppelt.

Die gewünschte Laser-Bearbeitung kann daher durch die Laser-Bearbeitungsmaschine 1 auf ein Werkstück durchgeführt werden, das unter den Rahmen gesetzt wird, und zwar gesteuert durch die NC-Vorrichtung 67 und die Computer-Steuereinheit 71.

In diesem Zusammenhang ist ein Monitor 73 vorgesehen, um eine Ausrichtung des Laserstrahlspfads durchzuführen, wie nachfolgend detaillierter erklärt wird.

Fig. 6 bezieht sich auf eine Detektor-Vorrichtung 75, kurz Detektor genannt, die auswechselbar auf dem Element 19 montiert wird, um die Position des Laserstrahls zu detektieren, und zwar (in einer seitlichen Position senkrecht zur Vorwärtsrichtung) im Bereich des Laser-Bearbeitungskopfes 21, wenn der Laserstrahlpfad geradlinig ausgerichtet wird.

Insbesondere ist ein erster Hauptspiegel 43 wahlweise auswechselbar an einem Befestigungsloch 19a des Elements 19 montiert. Das Element 19 weist eine Gewindepartie 19b zur auswechselbaren Montage des die Position des Laserstrahles detek-tierenden Detektors 75.

Wenn daher der Detektor 75, der die Position des Laserstrahles detektiert, auf dem Element 19 montiert wird, nachdem der erste Hauptspiegel 43 entfernt wurde, wird ein Montierzylinder 77 des Detektors 75 in das Befestigungsloch 19a eingeführt und der Kopfteil 77a des Montierzylinders 77 in die Gewindepartie 19b angeschraubt. Ein Körper 79 der Detektorvorrichtung wird dann auf dem Montierzylinder 77 montiert. Insbesondere ergibt eine im Körper 79 ausgebildete Verbindungspartie eine auswechselbare Verbindung mit einer Eingriffsnut 77b, die am Umfang des unteren Teils des Montierzylinders 77 ausgebildet ist.

Bezüglich Fig. 7 ist auf der unteren Fläche 81a des Rahmens 81 des Körpers 79 eine Zielmarkierung 83 vorhanden, gegen die der Laserstrahl L (ein sichtbarer Laserstrahl, beispielsweise ein He-Ne-Laserstrahl) vom Element 19 gerichtet ist. Es ist daher möglich, den Ausrichtungszustand des Laserstrahlpfads durch Detektion der Position des Strahles in bezug auf die Zielmarkierung 83 zu ermitteln.

Auf der oberen Fläche 81b des Rahmens 81 ist eine CCD Kamera untergebracht, um die Position des gegen die Zielmarkierung 83 gerichteten Strahles zu detektieren. Die obere Fläche 81b des Rahmens 81 ist etwas geneigt bezüglich der unteren Fläche 81a, so dass die optische Achse der CCD-Kamera 85 durch das Zentrum der Zielmarkierung 83 gelangt.

Durch Bearbeitung der von der CCD-Kamera 85 gelieferten Signale ist daher möglich zu detektieren, ob ein Laserstrahl L korrekt gegen die zentrale Position der Zielmarkierung 83 gerichtet ist oder nicht.

Wenn der erste Hauptspiegel 43 nochmals auf dem Element 19 montiert ist, nachdem der Strahlpfad gerichtet wurde, gewährleistet die mechanische Positionierung der Hauptspiegel 43, 45, dass der Laserstrahl L, für den die Position bezüglich des Detektors 75 gerichtet wurde, das Zentrum der Fokussierlinse 47 durch den zweiten Hauptspiegel 45 trifft.

Fig. 8 bezieht sich auf den Apparat zur Ausrichtung des Laserstrahlpfads. Dieser Apparat umfasst die Computer-Steuereinheit 71 als Steuereinheit. Die Computer-Steuereinheit 71 ist derart ausgestaltet, dass sie das Detektionssignal von der CCD-Kamera 85 erhält und die Richtung der Spiegel 31, 33, 35, 37, 39, 41 einstellt.

Insbesondere wird das Signal aus der CCD-Kamera 85 des Detektors 75 in Bildform durch einen Rahmenfänger 87 verarbeitet, der sich in der Com-puter-Steuereinheit 71 befindet. Das Bild aus dem Rahmenfänger 87 wird zu einer Hauptsteuer-Einheit 89 und zum Monitor 73 gesendet.

Mit Hilfe des Monitors 73 ist es daher möglich, die Position des Laserstrahls bezüglich der Zielmarkierung 83 zu detektieren.

Fig. 9 bezieht sich auf die Hauptsteuer-Einheit 89, in der eine Rechen-Einheit 93 für die Position/ Profil-Berechnung und zwei Speichereinheiten 95, 97 für die Position/Profil-Speicherung vorhanden sind. In der Rechen-Einheit 93 werden die Position des Strahlzentrums und die peripherischen Koordinaten des Strahlprofils (die nachfolgend kurz Strahlposition bzw. Strahlprofil genannt werden sollen) bezüglich der Zielmarkierung 83 berechnet, und zwar aufgrund des Bildsignals vom Rahmenfänger 87. Die berechneten Strahlpositionen und Profile werden dann in der Berechnungsreihenfolge in der

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4

7

CH 684 580 A5

8

ersten Speichereinheit 95 oder in der zweiten Speichereinheit 97 gespeichert.

Fig. 8 bezieht sich auch auf ein Sichtgerät 98, das die in den Speichereinheiten 95 bzw. 97 gespeicherten Positionen und Profile des ersten Strahls bzw. des zweiten Strahls nach Wunsch anzeigt.

In der Computer-Steuereinheit 71 ist eine Eingangsschaltung 99 vorhanden, um die Ausrichtung der Spiegel 31, 33, 35, 37, 39, 41 zu eichen, wenn die am Monitor 73 angezeigte Laserstrahlposition sich von der gewünschten Position verschoben hat: um die Ausrichtung der Spiegel 31, ... 41 zu eichen, gibt die Eingangsschaltung 99 ein Eichsignal an den vertikalen Gleichstrommotor 51 und an den horizontalen Gleichstrommotor 53 ab, die sich auf jedem Spiegel befinden.

Zu diesem Zweck kann zum Beispiel der vertikale Gleichstrommotor 51 in Uhrzeigersinn bzw. in Uhrzeigergegensinn durch Betätigung einer der Tasten 99a bzw. 99b drehen, die je mit einem nach links bzw. nach rechts zeigenden Pfeil markiert sind; und der horizontale Gleichstrommotor 53 kann in Uhrzeigersinn bzw. in Gegenuhrzeigersinn durch Betätigung einer der Tasten 99c bzw. 99d drehen, die je mit einem nach oben oder nach unten zeigenden Pfeil markiert sind.

Zudem kann einer der Spiegelmotoren für die Spiegel 31, 33, 35, 37, 39, 41 wahlweise durch ein Signal von der Eingangsschaltung 99 angetrieben werden, das heisst durch ein Signal, das durch Drücken einer geeigneten Nummerntaste 99e ausgelöst wird.

In der Computer-Steuereinheit 71 ist eine Spiegelmotorantriebseinheit 101 vorhanden, um einen der Einsteilmotoren 51, 53 der Spiegel 31, 33, 35, 37, 39, 41 nach Empfang eines Instruktionssignals von der Eingangsschaltung 99 durch die Haupt-steuer-Einheit 89 anzutreiben.

Die Fig. 10 bezieht sich auf einen Automatisch/ Manuell-Umschalter 105 und ein Relais 107, die sich in der Spiegelmotorantriebseinheit 101 zwischen einer Spannungsquelle 103 und den Spiegelmotoren 51, 53 befinden. Das Relais 107 schaltet die Motoren 51, 53 ein und aus gemäss dem von der Hauptsteuer-Einheit 89 erhaltenen Signal. Zudem ist ein Druckknopf Umschalter 109 zwischen dem Relais 107 und der Hauptsteuer-Einheit 89 vorgesehen.

Um die Spiegelmotoren 51, 53 anzutreiben, muss der Computer 71 aktiviert und der Knopf vom Druckknopfumschalter 109 gedrückt werden.

In dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung sind daher die Motoren 51, 53 nicht aktiv, falls der Knopf des Druckknopfumschalters 109 nicht gedrückt ist, so dass damit eine unkorrekte Arbeitsweise der Spiegelmotoren entfällt, und zwar auch dann, wenn ein falsches Signal von der Hauptsteuer-Einheit 89 gesendet wird.

Fig. 8 bezieht sich auch auf die Tastatur-Einheit 69, die mit der Spiegelmotorantriebseinheit 101 verbunden ist. Die Tastatur-Einheit 69 kann so gesteuert werden, dass eine manuelle Operation der Spiegelmotoren 51, 53 möglich ist.

Der Operator kann somit die Spiegel durch die

Tastatur-Einheit 69 eichen, und zwar bei Überprüfung der reellen Laserstrahlposition von der Seite des Elements 19, auf der sich der Detektor 75 befindet.

Wie in Fig. 8 dargestellt, ist die NC-Vorrichtung 67 an die Computer-Steuereinheit 71 angeschlossen. Ein X- oder Y-Achsen-Schlittenmotor oder ein Z-Achsen-Säulenmotor 113 ist auch über eine Schiittenmotorantriebseinheit 111 mit der NC-Vorrichtung 67 verbunden. Der Motor 113 ist mit einem geeigneten Coder 115 ausgerüstet, mit dessen Ausgangssignal der Eingang der NC-Vorrichtung 67 beaufschlagt ist.

Die Hauptsteuer-Einheit 89 kann daher mit der NC-Vorrichtung 67 zusammenwirken. Zudem kann der Betrag der Bewegung des X-Achsen-Schlittens 13, des Y-Achsen-Schlittens 15 und der höhenverstellbaren Z-Achsensäule 17 anhand der vom Coder 115 gelieferten Informationen berechnet werden.

Fig. 11 bezieht sich auf das Verfahren, um den Laserstrahl L bezüglich den X-, Y- und Z-Achsen auszurichten. Gemäss dieser Methode wird der Laserstrahl L nach diesen Achsen ausgerichtet und trifft ins Zentrum der Fokussierlinse 47 des Laser-Bearbeitungskopfs 21.

In einem ersten Verfahrensschritt 121 wird der Detektor 75 auf dem Element 19 montiert.

In einem weiteren Schritt 123 wird eine grobe Einstellung der Spiegel von Hand mit Hilfe der Tastatur-Einheit 69 und dgl. durchgeführt.

In einem weiteren Schritt 125 wird der X-Achsen-Schlitten 13 zu einer Position bewegt, so nahe wie möglich dem Expander 33 und dem Kollimator 35 (in Fig. 1 hinten links).

In einem weiteren Schritt 127 wird der (in den Figuren nicht dargestellten) Schiesser des Laser-Generators 23 geöffnet und der Laserstrahl L vorzugsweise ein sichtbarer, beispielseise ein He-Ne-Laser-strahl ausgestrahlt.

In einem weiteren Schritt 129 wird das Laserstrahlprofil des Laserstrahls, der die Zielmarkierung 83 trifft, durch den Detektor 75 detektiert; dann erscheinen die Zielmarkierung 83 und das Laserstrahlprofil auf dem Monitor 73.

In einem weiteren Schritt 131 werden die Positionskoordinaten des Zentrums und die peripherischen Koordinaten (erste Strahlposition und erstes Strahlprofil) des projizierten Laserstrahlprofils bezüglich der Kreuzlinie der Zielmarkierung 83 berechnet.

In einem weiteren Schritt 133 werden die Position und das Profil des ersten Strahls, die im Schritt 131 berechnet wurden, in der Speichereinheit 95 gespeichert.

In einem weiteren Schritt 135 wird die Position des ersten Strahls, die im Schritt 131 berechnet wurde, digital in der Speichereinheit 98a des Sichtgeräts 98 angezeigt, wie in Fig. 12 veranschaulicht, und das Profil des ersten Strahls (ein peripherisches Profil) 73a auf dem Monitor 73 wiedergegeben, wie in Fig. 13 dargestellt. Es ist jedoch nicht wesentlich, dass das Profil 73a des ersten Strahls im Monitor 73 angezeigt wird; dies könnte auch beim Sichtgerät 98 geschehen.

Zudem wird eine simulierte dreidimensionale Po-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

9

CH 684 580 A5

10

sitionierung des Pfads vom Laserstrahl L in einer Anzeigeeinheit 98b des Sichtgeräts 98 gezeigt, während der Laserstrahl ausgerichtet wird.

Fig. 11 bezieht sich auch auf den Schritt 137, bei dem der Laserschiesser geschlossen ist.

In einem weiteren Schritt 139 wird der X-Achsen-Schlitten 13 zu einer Position möglichst weit vom Expander 33 und vom Kollimator 35 (die entfernteste Endposition in Fig. 1) bewegt.

In einem weiteren Schritt 141 wird der Laserschiesser nochmals geöffnet.

In einem weiteren Schritt 143 wird der projizierte Laserstrahl detektiert und angezeigt.

In einem weiteren Schritt 145 werden die Koordinaten des Zentrums des Laserstrahls als Position des zweiten Strahls berechnet.

in einem weiteren Schritt 147 wird die Position des zweiten Strahls in der Speichereinheit 97 gespeichert.

In einem weiteren Schritt 149 schaltet der Operator die Motoren 51, 53 des X-Achsenspiegels 35 ein, damit sie in der geeigneten Richtung drehen, durch Drücken der geeigneten Tasten 99a, 99b, 99c, 99d der Eingangsschaltung 99, so dass das Profil 73b des ersten Strahls bewegt wird, bis es mit einem ersten projizierten Strahl 73a auf dem Monitor 73 (Fig. 13) übereinstimmt.

Zu diesem Zweck werden die Tasten 99a, 99b, 99c, 99d der Eingangsschaltung 99 an die Motoren 51, 53 angeschlossen, die sich im X-Achsenspiegei 35 befinden, so dass die Richtung des Pfeils einer gedrückten Taste mit der Bewegungsrichtung des Strahlprofils auf dem Display übereinstimmt. Wenn daher die Tasten 99a, 99b in Fig. 8 gedrückt werden, bewegt sich der zweite projizierte Strahl 73b (Fig. 13) horizontal, und wenn die Tasten 99c und 99d (Fig. 8) gedrückt werden, bewegt sich der zweite projizierte Strahl b (Fig. 13) vertikal. Um daher der zweite projizierte Strahl 73b nach links und nach oben zu bewegen, so dass er sich in Richtung des ersten projizierten Strahls 73a (Fig. 13) bewegt, müssen die Tasten 99a und 99c gedrückt werden.

Der Betrag der Drehung der Motoren 51, 53 wird durch die Dauer der Zeit bestimmt, während der die Tasten 99a und 99c gedrückt bleiben. Damit der zweite projizierte Strahl 73b sich dem ersten projizierten Strahl 73a, wie in Fig. 13 dargestellt, nähert, ist es notwendig, die mit dem nach oben zeigenden Pfeil markierte Taste 99c zu drücken, und zwar für eine Zeitdauer, die doppelt so gross ist, wie die Zeit, während der die mit dem nach links zeigenden Pfeil markierte Taste 99a gedrückt wird.

Fig. 11 bezieht sich auf Schritt 151, bei dem wenn die zwei Strahlprofile ungefähr auf dem Monitor 73 übereinstimmen, die Ubereinstimmung der zwei Strahlprofile durch die Koordinatenwerte der ersten und der zweiten Strahlposition auf der Dis-play-Einheit 98a, 98c (Fig. 12) bestätigt wird. Im Fall, dass die Differenz der Werte der zwei Koordinatensätze einen vorbestimmten zulässigen Wert nicht unterschreitet, werden Feineinstellungen durch erneutes Drücken der Tasten 99a bis 99d durchgeführt.

Falls die Differenz zwischen den in den Display-Einheiten 98a, 98c gezeigten Koordinatenwerten einen vorbestimmten zulässigen Wert unterschreiten, wird die Einstellung des X-Achsenspiegels 35 vervollständigt und das Programms geht zum Schritt 153 weiter.

Dabei ist zu bemerken, dass falls der Laserstrahl L nach der X-Achse ausgerichtet ist, sich die projizierte Strahlposition nicht bewegen muss, auch wenn sich der X-Achsen-Schlitten 13 längs der X-Achsen-Schienen 7 bewegt. Durch die Schritte 125 bis 151 wird nun der Laserstrahl L, der sich längs der X-Achse fortpflanzt, nach der X-Achse ausgerichtet.

In einem weiteren Schritt 153 wird bestimmt, ob die Einstellung des Z-Achsen-Spiegels 41 vervollständigt wurde oder nicht. Falls die Eichung nicht vervollständigt wurde, geht das Programm auf Schritt 155 weiter, wo die X-Koordinate durch die Y-Koordinate ersetzt wird, und das Programm geht an den Schritt 125 zurück.

Wenn die Schritte 125 bis 149 bezüglich der Eichung der Y-Achsen- und Z-Achsenspiegel durchgeführt wurden, und die Eichung des Z-Achsenspie-gels vervollständigt wurde, geht das Programm vom Schritt 153 auf Schritt 157 über.

Falls sich nach Eichung des Z-Achsenspiegels die Position des projizierten Strahls vom Zentrum der Zielmarkierung 83 verschiebt, dreht der Operator im Schritt 157, während er das Bild im Monitor 73 anschaut, beispielsweise die Spiegel 31 und 33 (oder den Spiegel 39) in einem bestimmten Betrag und bewegt die Position des projizierten Strahls zum Zentrum der Zielmarkierung 83. Die Tatsache, dass der Lichtstrahl parallel zu einer seitlichen Position bezüglich der Vorwärtsrichtung durch Einstellung der Winkel von zwei Spiegeln bewegt werden kann, ist an sich bekannt und wird daher nicht weiter erläutert.

Fig. 14 zeigt eine zweite Ausführung der Haupt-steuer-Einheit 89 nach der vorliegenden Erfindung. Zuerst wird, genauso wie bei der Hauptsteuer-Einheit der ersten Ausführung die Position des Zentrums des projizierten Strahls (Strahlposition) vom Rechner 93 berechnet.

Die vom Rechner 93 berechnete Position des Strahlzentrums ist in einer ersten Strahipositions-speichereinheit 117 oder in einer zweiten Strahlpo-sitionsspeichereinheit 119 gespeichert; wenn der X-Achsen-Schlitten 13, der Y-Achsen-Schlitten 15 und die höhenverstellbare Z-Achsensäule 17 bis zu Positionen bewegt werden, die sich sehr nahe beim Expander 33 und beim Kollimator 35 befinden, werden die detektierten Positionen des Strahlzentrums in der ersten Strahlpositionsspeichereinheit 117 gespeichert: und wenn der X-Achsen-Schlitten 13, der Y-Achsen-Schlitten 15 und die höhenverstellbare Z-Achsensäule zu Positionen bewegt werden, die sich am weitesten vom Expander 33 und vom Kollimator 35 befinden, werden die detektierten Positionen des Strahlzentrums in der zweiten Strahlpositionsspeichereinheit 119 gespeichert.

Aufgrund eines Signals von einem Coder 115, der auf einem Motor 113 für den X-Achsen-Schlit-ten 13, den Y-Achsen-Schlitten 15 und die höhenverstellbare Z-Achsensäule 17 montiert ist, wird die vom X-Achsen-Schlitten 13, vom Y-Achsen-Schlit-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

6

11

CH 684 580 A5

12

ten 15 und von der höhenverstellbaren Z-Achsensäule 17 zurückgelegte Distanz durch eine Rechner-Einheit 121 berechnet.

Aufgrund von der durch den X-Achsen-Schlitten 13, den Y-Achsen-Schlitten 15 und die höhenverstellbare Z-Achsensäule 17 zurückgelegten Distanz, die von der Rechner-Einheit 121 berechnet wurde, und von der projizierten Strahlposition, die von den Strahlpositionsspeichereinheiten 117 und 119 gewonnen wurde, wird der Neigungswinkel © des Laserstrahls L bezüglich der X-, Y- und Z-Achsen durch eine Rechner-Einheit 123 zur Berechnung des Strahlneigungswinkels berechnet.

Im folgenden wird nun das Rechenverfahren kurz erläutert. Der Pfad des Laserstrahls L sei beispielsweise, wie in Fig. 15 dargestellt, in einem Neigungswinkel bezüglich der Z-Achse, und es wird angenommen, dass die Ausrichtungen für die X-Achse und für Y-Achse vervollständigt wurden.

In Fig. 15 stimmt ein virtueller Strahl Lo mit der Z-Achse überein. Ein reeller (geneigter) Laserstrahl L ist bezüglich des virtuellen Strahls Lo in einem Winkel e geneigt. Beide Strahlen werden durch den Z-Achsen-Spiegel 41 im selben Punkt reflektiert; wenn er aber nach rechts (Fig. 15) verschoben wird, bleibt der virtuelle Strahl L parallel zur Z-Ach-se, während der geneigte Strahl L vom Strahl Lo getrennt wird.

Es wird ferner angenommen, dass wenn die höhenverstellbare Z-Achsensäule 17 zum höchsten Ende gehoben wird, die Z-Koordinate der Zielmarkierung 83 Z = Znear ist, und wenn die höhenverstellbare Z-Achsensäule 17 bis zum untersten Ende heruntergebracht wird, die Z Koordinate der Zielmarkierung 83 Z = Zfar ist; so bezieht sich in Fig. 15 das Zeichen «m1» auf den Abstand zwischen der Höhe des Z-Achsen-Spiegels 41 und der der Zielmarkierung 83, wenn die höhenverstellbare Z-Achsensäule 17 auf das höchste Ende gehoben wird. Wenn dann zwischen den zwei Strahlen L, Lo eine Abweichung «a» bei Znear bzw. «b» bei Zfar ist, kann der Neigungswinkel durch folgende Formel tan G = (b-a)/(Zfar-Znear) = c/Zspan (1)

gewonnen werden, worin c = b-a und Zspan der zurückgelegte Weg zwischen dem höchsten und dem untersten Ende der Z-Säule ist.

Es ist zu bemerken, dass in Gleichung (1) die Differenz c = (a-b) gleich der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Strahlposition ist, die in den Einheiten 117 und 119 gespeichert sind. Somit wird der Neigungswinkel © des Laserstrahls L bezüglich der Z-Achse durch die Rechner-Einheit 123 zur Berechnung des Strahlneigungswinkels berechnet, und zwar aufgrund des von der Einheit 121 gewonnen Wertes für Zspan und der von den Speicher-Einheiten 117 und 119 gewonnenen Werte für die erste und die zweite Strahlposition.

Fig. 16 bezieht sich auf das Rechenverfahren zur Berechnung des Neigungswinkels des Strahls bezüglich der Y-Achse, wobei ein virtueller Strahl Lo wiederum als mit der Y-Achse übereinstimmend betrachtet wird, und wobei eine vollkommene Übereinstimmung mit der X-Achse angenommen wird.

Es ist zu bemerken, dass in Fig. 16 die Figuren auf der rechten Seite des Z-Achsen-Spiegels 41 virtuelle Bilder des Z-Achsen-Spiegels 41 darstellen, und dass jene auf der rechten Seite des Verschiebungsspiegels 39 virtuelle Bilder des Verschiebungsspiegels 39 darstellen. So liegen, wie es gut bekannt ist, die Strahlpfade L und Lo auf der rechten Seite der Spiegel 41 und 39 immer auf den verlängerten Linien der entsprechenden Strahlpfade auf der linken Seite der Spiegel 41 und 39, unabhängig von den Orientationsrichtungen der Spiegel 39 und 41.

In den virtuellen Bildern erstreckt sich somit der ausgerichtete virtuelle Strahl Lo als eine Gerade, die parallel zu einer Verlängerung der Y-Achse verläuft. Der geneigte Laserstrahl L erstreckt sich auch längs einer Gerade in einem Winkel 9 mit dem Strahl Lo.

Ein virtuelles Bild zur Zielmarkierung 83 des Detektors 75 liegt auch auf der Verlängerungslinie (im virtuellen Raum).

Die Berechnung des Neigungswinkels des Strahls bezüglich der Y-Achse wird somit in derselben Form wie vorhergehend beschrieben durchgeführt. Es wird somit angenommen, dass die Y-Koordinate (im virtuellen Raum) der Zielmarkierung 83, wenn der Y-Achsen-Schlitten 15 zum linken Ende (Fig. 1) bewegt wird, Y = Ynear ist, und wenn der Y-Achsen-Schlitten 15 nach dem rechten Ende (Fig. 1) bewegt wird, die Y-Koordinate (im virtuellen Raum) der Zielmarkierung 83 Y = Yfar ist. In diesem Zusammenhang bezieht sich die Bezeichnung «m2» in Fig. 16 auf den optischen Abstand zwischen dem Y-Achsen-Spiegel 37 und dem Z-Ach-sen-Spiegel 41. Wenn jetzt die Abweichung zwischen den zwei Strahlen L und Lo «a» bei Ynear und «b» bei Yfar ist, kann der Neigungswinkel des verschobenen Strahls L durch die Formel tan © = (b-a)/(Yfar-Ynear) = c/Yspan (2)

berechnet werden, worin c = b-a und Yspan = Yfar - Y near ist. Wie vorhergehend bereits erläutert, ist die Differenz c = (b-a) gleich der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Strahlposition, wobei beide gewonnen werden, wenn der Y-Achsen-Schlitten in die Lage gebracht wird, bei der Y = Ynear und Y = Yfar ist und in den Speicher-Einheiten 117 und 119 gespeichert werden.

Der Neigungswinkel © des Strahls L bezüglich der Y-Achse wird daher auch in der Rechner-Einheit 123 aufgrund der Daten der Rechner-Einheit 121 und der Speicher 117 und 119 berechnet.

Der Neigungswinkel des geneigten Strahls L für die X-Achse kann genau gleich, wie in Fig. 17 dargestellt, durch die Formel tan © = (b-a)/(Xfar - Xnear) = c/Xspan (3)

berechnet werden, worin c = (b-a) und Xspan = Xfar - Xnear ist. In Fig. 16 bezieht sich das Bezugszeichen «m3» auf die optische Distanz zwischen dem X-Achsen-Spiegel 35 und dem Y-Achsen-Spiegel 37.

Fig. 14 bezieht sich auch auf die Berechnung

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

13

CH 684 580 A5

14

des Spiegelsabweichungswinkels in der Rechner-Einheit 125, die aufgrund des in der Einheit 123 berechneten Strahlneigungswinkels zu jeder Achse erfolgt.

In Fig. 18 ist beispielsweise der vom X-Achsen-Spiegel 35 gegen die X-Achse reflektierte Laserstrahl L in einem Winkel © bezüglich des ausgerichteten virtuellen Strahls Lo geneigt, ein Pfad, der parallel zur X-Achse ist. Zudem ist der Laserstrahl L, wie in Fig. 18 dargestellt, in einem Winkel cp in horizontaler Richtung und in einem Winkel ® in der vertikalen Richtung geneigt. In diesem Fall wird der Abweichungswinkel des X-Achsen-Spiegels 35 als tp/2 um eine vertikale Achse (die F-Achse) und <î>/2 um eine horizontale Achse (die G-Achse) berechnet.

Es gibt Fälle, bei denen die reellen horizontalen und vertikalen Richtungen nur wenig von den gegeneinander senkrechten (Kreuz-)Linien der Zielmarkierung 83 abweichen. Bei der Berechnung der Neigungswinkel in horizontaler und vertikaler Richtung ist daher wünschenswert, dass beispielsweise der X-Achsen-Spiegel 35 im voraus in einem sehr kleinen Winkel um die Achse F geschwenkt wird, wobei die Bewegung des Strahls, der auf die Zielmarkierung 83 trifft, beobachtet wird, um die reelle horizontale Richtung bezüglich des Kreuzes der Zielmarkierung 83 zu bestimmen.

Fig. 14 bezieht sich auch auf die Berechnung der Drehbewegung der horizontalen und vertikalen Motoren, die in den X-, Y- und Z-Achsenspiegeln 35, 37, 41 vorhanden sind, wobei diese Berechnung in einer Einheit zur Berechnung der Motordrehbewegung berechnet wird, und zwar aufgrund des in der Einheit 125 berechneten Spiegelabweichungswinkels.

Fig. 19 bezieht sich auf die reelle Einstellung der Spiegel gemäss der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung, die dadurch durchgeführt wird, dass im Schritt 131 der die Position des Laserstrahles detektierenden Detektor 75 auf dem Element 19 montiert und im Schritt 133 eine grobe Ausrichtung der Spiegel manuell durchgeführt wird.

Dann wird im Schritt 135 der Y-Achsen-Schlitten 15 etwa ins Zentrum des X-Achsen-Schlittens 13 gebracht, die Z-Achsen-Säule 17 in der höchsten Position fixiert und der X-Achsen-Schlitten 13 in eine Position möglichst nahe dem Expander 33 und dem Kollimator 35 gebracht.

Im Schritt 137 wird der Schiesser des Laser-Ge-nerators 23 geöffnet, um einen sichtbaren Laserstrahl ausstrahlen zu lassen.

Im Schritt 139 wird der X-Achsen-Spiegel 35 um einen sehr kleinen Winkel, beispielsweise in horizontaler Richtung geschwenkt, wobei auf der Zielmarkierung 83 eine horizontale Achse H und eine vertikale Achse V bestimmt werden.

Im Schritt 141 wird ein auf die Zielmarkierung 83 projiziertes Strahlprofil detektiert, und die Koordinate der Position seines Zentrums (die erste Strahlposition) wird für die horizontale Achse H und für die vertikale Achse V berechnet.

Im Schritt 143 wird die erste Strahlposition in der Einheit 117 gespeichert.

Im Schritt 145 wird der Schiesser des Laser-Generators 23 geschlossen.

Im Schritt 147 werden der Y-Achsen-Schlitten 15 und die höhenverstellbare Z-Achsensäule 17 in den betreffenden Positionen gesichert, und der X-Achsen-Schlitten 13 wird zur Position gebracht, die sich am entferntesten vom Expander 33 und vom Kollimator 35 befindet.

Im Schritt 149 wird der Schiesser des Laser-Generators 23 wieder geöffnet.

Im Schritt 151 wird das zweite Strahlprofil detektiert, und die Koordinaten seines Zentrums (die zweite Strahiposition) werden berechnet.

Im Schritt 153 wird der Neigungswinkel © des Laserstrahls bezüglich der X-Achse aufgrund der Grösse Xspan und der Werte der ersten und der zweiten Strahlposition wie folgt berechnet:

Im Schritt 155 werden die Abweichungswinkel cp/2, 4>/2 des X-Achsen-Spiegels 35 berechnet.

In einem weiteren Schritt 157 wird der Betrag der Drehung der X-Achsen-Spiegelmotoren 51 und 53 berechnet.

In einem weiteren Schritt 159 werden die Abweichungswinkel cp/2, ®/2 des X-Achsen-Spiegels 35 im Sichtgerät 98 angezeigt.

In einem weiteren Schritt 161 gibt der Operator die Abweichungswinkel (p/2, o/2 durch die Eingangsschaltung 99 in Übereinstimmung mit der Anzeige gemäss Schritt 159 ein, und die X-Achsen-Spiegelmotoren 51 und 53 beginnen zu drehen. Die Eichwinkel cp/2, <£>/2 können durch numerische Tasten 99e der Eingangsschaltung 99 eingegeben werden.

In einem weiteren Schritt 163 wird bestimmt, ob die Eichung des Z-Achsenspiegels vollständig erfolgt ist oder nicht. Wenn die Eichung nicht vollständig erfolgt ist, geht das Programm auf Schritt 165 weiter, wo die zu behandelnde Achse von der X-Achse zur Y-Achse geändert wird.

Die beschriebenen Handlungen werden für den Y-Achsenspiegel und für den Z-Achsenspiegel wiederholt. Wenn die Eichung des Z-Achsenspiegels vervollständigt wurde, geht das Programm zum Schritt 167 über.

In einem weiteren Schritt 167 wird der Laserstrahl parallel zu den Z-Achsen bewegt, um ihn in Übereinstimmung mit der Z-Achse zu bringen.

Mit Hilfe dieser Ausführung nach der vorliegenden Erfindung wird der Laserstrahl genau mit den X-, Y- und Z-Achsen gerichtet, da die X-, Y- und Z-Achsenspiegel auf den genau detektierten Neigungswinkel des Laserstrahls L bezüglich der X-, Y- und Z-Achsen geeicht werden.

Um einen Laserstrahl automatisch bezüglich der Achse eines bewegbaren Schlittens einer Laserbearbeitungsmaschine auszurichten, umfasst daher die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einen Detektor zur Detektion der Laserstrahlposition mindestens, wenn der Schlitten in einer ersten und einer zweiten Lage positioniert ist, sowie Mittel zur Anzeige der detektierten Laserstrahlpositionen und Mittel zur Einstellung der Abweichungswinkel.

In dieser Vorrichtung wird vorzugsweise der Laserstrahl bezüglich der Achse dadurch ausgerichtet,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

8

15

CH 684 580 A5

16

dass die Mittel zur Eichung oder Einstellung des Spiegelabweichungswinkels derart betätigt werden, dass auf den Anzeigemitteln die zweite Laserstrahlposition bewegt wird, bis sie mit der ersten Laserstrahlposition übereinstimmt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist vorzugsweise auch Drehmittel auf, um den Spiegel um eine in der Ebene des Spiegels liegende Achse zu drehen in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel des Laserstrahls bezüglich der vorbestimmten Achsenrichtung, um den Laserstrahl auszurichten.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann anstelle von Anzeigemitteln andere Mittel zur Berechnung eines Neigungswinkels bezüglich der Achse aufgrund der Distanz zwischen der ersten und der zweiten Position und der Distanz zwischen der ersten und der zweiten Laserstrahlposition aufweisen.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Ausrichten des Laserstrahls einer Laserbearbeitungsmaschine mit einem Lasergenerator (23), einem Laser-Bearbeitungskopf (21) zur Durchführung der Laser-Bearbeitung, Bewegungsmitteln, um den Laser-Bearbeitungskopf (21) in einer vorbestimmten Achsen-Richtung zu bewegen und einem Spiegel, um einen Laserstrahl vom Lasergenerator (23) zum Laser-Bearbeitungskopf (21) zu führen, gekennzeichnet durch

- Detektionsmittel (75) zur Detektion mindestens einer Laserstrahlposition, durch die der Laserstrahl vorbeigeht, wobei die Laserstrahlposition in einer senkrecht zur vorbestimmten Achsenrichtung verlaufenden Ebene definiert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Speichermittel (117) vorhanden sind zur Speicherung mindestens einer von den Detektionsmitteln (75) detektierten ersten Laserstrahlposition im Fall, dass die Bewegungsmittel in einer ersten Position in der vorbestimmten Achsenrichtung eingestellt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Anzeigemittel (73) zur Anzeige der ersten Laserstrahlposition und einer zweiten Laserstrahlposition vorhanden sind, wobei die zweite Laserstrahlposition durch die Detektionsmittel (75) detektiert wird im Fall, dass die Bewegungsmittel in einer zweiten Position in der vorbestimmten Achsenrichtung eingesetzt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, dass Drehmittel vorhanden sind, um den Spiegel um eine in der Ebene des Spiegels liegende Achse zu drehen, indem eine zweite Laserstrahlposition in Koinzidenz mit der ersten Laserstrahlposition gebracht wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsmittel entweder ein X-Achsen-Schlitten (13) oder ein Y-Achsen-Schlitten (15) oder eine Z-Achsen-Säule (17) sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel ein CRT-Monitor (73) sind, der die erste und die zweite Laserstrahlposition graphisch anzeigt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel (73) ein Sichtgerät zur digitalen Anzeige der ersten bzw. der zweiten Laserstrahlposition sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermittel auch eine zweite Laserstrahlposition speichern, die durch die Detektionsmittel detektiert wird im Fall, dass die Bewegungsmittel in einer zweiten Position in der vorbestimmten Achsenrichtung eingestellt werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Distanzberechnungs-Mittel vorhanden sind, um die Distanz zwischen der ersten und der zweiten Position der Bewegungsmittel zu berechnen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Winkelberechnungs-Mittel vorhanden sind, um den Neigungswinkel des Laserstrahls bezüglich der vorbestimmten Achsenrichtung aufgrund der Distanz zwischen der ersten und der zweiten Position der Bewegungsmittel und der ersten und der zweiten Laserstrahlposition zu bestimmen.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

9