1 Präzisionstechnologien Synchrone Umfangsbestrahlung von längs bewegtem Zylinder- oder Bandmaterial Aufgabenstellung und Anwendung Die vorgestellte technische Lösung ist für eine Klasse von Fertigungsaufgaben wie Glasrohr-Trennen und Glasrohrleitungsbau, Metalldraht-, Plastestab-, Pappe- und Papiertrennen, Metallerwärmung und Härten vorteilhaft nutzbar. Hinsichtlich Laser-Materialbearbeitung (Trennen, Fügen, Erwärmen, Belichten) bietet sie eine Methode zur Bestrahlung eines längs bewegen Endlos-Materials (Draht, Rohr, Band) über den Umfang. Dies wird durch die Aufteilung und Auffächerung des Laserstrahls in einem rohrförmigen Innenspiegel erreicht. Die Rotation des zylinderförmigen Werkstücks ist nicht erforderlich, um den gesamten Umfang zu treffen. Ein (schraubenförmiger) Helix-Spiegel sorgt für den stets senkrechten Einfall in diesen Umfangsspiegel. Die Bestrahlungsebene wird synchron mit dem längs bewegten Werkstück mitgeführt. Auf diese Weise sind geringe Laser-Leistungen/ Investkosten möglich. Maschinenbautypische Grundlösungen wie Industriebrücken mit beschleunigten Komponenten bzw. Geräten oder flying optics und Galvoscanner entfallen. Für die Messtechnik (Temperatur, Schichtdicke, Rauigkeit) im IR, VIS u.a. Spektralbereichen kann (in Umkehrung des Lichtweges) die Anordnung zur Führung des Signals dienen. Nur die senkrecht von der Fläche emittierte Strahlung wird derart empfangen, was wichtig ist für pyrometrische Messungen und das korrekte Scannen von Mustern und Informationen. Ein rotierender Helix-Spiegel zur Umlenkung eines Strahls, der synchron und stets senkrecht auf ein bewegtes Band auftrifft Ein Strahl trifft auf einen schraubenförmigen Spiegel. Dieser lenkt den Strahl auf einen zweiten derartigen Helix-Spiegel mit mehreren Windungen. Der Strahl erreicht alle Windungen des zweiten Spiegels und trifft dann stets senkrecht auf das Werkstück. Das wird möglich durch den zunehmenden Helix-Radius oder schräg veränderlichen Einstrahlungswinkel. Es ist nicht nötig, Massen zu beschleunigen und optische Verzerrungen aufwändig zu korrigieren (F-theta-Korr.) Auf diese Weise können auch bewegte Ziele synchronisiert bestrahlt, gemessen oder gescannt werden (Abb. 1). Viele technische Aufgaben erfordern, dass die Scanlänge wesentlich länger als eine Helix-Windung ist, was durch diese Lösung erreicht wird. DE-Pat. 50 2010 002 730.0 US-Pat. 13/319.594 Ein Innen-Spiegel zur senkrechten Bestrahlung des Umfangs eines Rohrs, Stabes oder Drahts Die Abb. 2 zeigt die Anwendung des Helix-Spiegels zur Umfangsbestrahlung eines mit der Geschwindigkeit v bewegten Glasrohrs. Der Strahleintritt in den Innenspiegel erfolgt durch einen Längsspalt. Die Bestrahlungsebene bewegt sich ebenfalls mit v. Die an der Helix auftretende Deformierung der Strahlintensität wird zur Fokussierung im Spalt genutzt. Durch den Umfangspiegel ergeben sich neue Möglichkeiten für das laserinduzierte Thermoschock-Spannungstrennen (LiST) von Glasrohr. Das Wegfallen des üblichen mechanischen Trennens ermöglicht erhebliche Material- und Energieeinsparung. 1 Abb. 1: Be s t r a h l u n g / Messung eines Bandmaterials Abb. 2: Be s t r a h l u n g / Bearbeitung eines Rohrs/ eines zylinderförmigen Endlos-Materials Abb. 3: Schematische Darstellung der Wirkungsweise eines Laser-Umfangs-Spiegels. Ein Strahl (1) tritt durch den Spalt S in den Innenspiegel IS ein, wird über Strahlteiler-Spiegel sukzessive (2), (3) aufgespaltet, divergent (4) reflektiert und trifft nach wenigen Reflexionen das Werkstück (W). Dessen Rotation ist nicht nötig. Laufzeit: 2012 bis 2014 Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. habil. Otto R. Hofmann FB Grundlagenwissenschaften Kontakt: * [email protected] ( (03641) 205 125 Ernst-Abbe-Hochschule Jena p Forschungsbericht 2015 35
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