DE4036127A1 - Laserstrahlengang-ausrichtvorrichtung fuer maeherachsen-laserverarbeitungsmaschinen - Google Patents

Description

Auf dem Gebiet der Materialverarbeitung ist der Aufgabenbereich, der nunmehr durch Laser durchgeführt werden kann, einfach erstaunlich. Infolgedessen überrascht es nicht, zu sehen, daß eine große Anzahl von Laserverarbeitungsmaschinen entwickelt wurde, um äußerst knifflige und genaue Verarbeitungsaufgaben durchzuführen.

Natürlich ist es zur wirksamen Durchführung von Laserverarbeitungsaufgaben erforderlich, sehr genau die Position des Laserstrahls am Verarbeitungsort zu steuern. Umfaßt die Verarbeitung eine Profilgebung, wie dies bei den meisten Verarbeitungsaufgaben zutrifft, so setzt sich dies in zwei getrennte Aufgaben um: Steuerung der Position der Fokussierlinse der Laserverarbeitungsmaschine gegenüber dem Werkstück, und Zentrierung des Laserstrahls, bevor er aus der Fokussierlinse austritt.

Bezüglich der ersten Forderung sind mehrere, weithin bekannte mechanische Einrichtungen zur Steuerung der Position der Fokussierlinse bekannt. Der üblichste Weg ist es vielleicht, die Fokussierlinse am Ende eines Verarbeitungskopfes zu montieren, der durch mechanische Arme bewegbar ist.

Was die Forderung der Zentrierung des Laserstrahls betrifft, bevor er aus der Fokussierlinse austritt, ist es notwendig, daß der Laserstrahl vollkommen ausgerichtet wird längs jeweils jedes Weges, der von der Laserquelle zur Fokussierlinse während des gesamten Verarbeitungsvorganges durchlaufen wird. Anders ausgedrückt, während sich der Verarbeitungskopf längs der Achsen der Laserverarbeitungsmaschine bewegt, muß der Laserstrahl konstant die Ausrichtung längs dieser Achsen aufrecht erhalten.

Um den Laserstrahl zu veranlassen, die Ausrichtung längs der Achsen in der Laserverarbeitungsmaschine aufrecht zu erhalten, sind Spiegel vorgesehen, um den Laserstrahl von den Laserquellen zur Fokussierlinse zu führen, wobei jeder der Spiegel an einem Ende der jeweiligen Achse vorgesehen ist. Beispielsweise sind bei einer Laserverarbeitungsvorrichtung, die mit einem Verarbeitungskopf ausgestattet ist, der sich frei in drei Dimensionen bewegen kann, mindestens drei reflektierende Spiegel vorgesehen. Insbesondere ist ein X-Achse-Spiegel am Fußende eines X-Achse-Arms vorgesehen, ein Y-Achse-Spiegel ist am Fußende eines Y-Achse-Arms vorgesehen und ein Z-Achse-Spiegel ist am Fußende eines Z-Achse-Arms vorgesehen.

Ferner kann der am Ende einer jeden Achse befindliche Spiegel um zwei relativ senkrecht zueinander liegende Achsen gedreht werden, die auf der Spiegeloberfläche liegen, so daß der reflektierte Laserstrahl parallel zu jeder Achse in genauer Weise projiziert werden kann.

Im Einklang hiermit ist es durch die aufeinanderfolgende Einstellung dieser Winkel, beginnend beispielsweise mit der X-Achse, möglich, genau den Laserstrahlengang einzustellen, so daß er parallel zu jeder Achse verläuft; dadurch bewegt sich die Brennpunktlage relativ zum Verarbeitungskopf nicht, selbst wenn sich die Arme bewegen.

Jedoch werden bei einer bekannten Vorrichtung die Spiegel von Hand eingestellt. Beispielsweise beobachtet ein Bediener einen Ausgangsstrahl seitlich vom Verarbeitungskopf, während der andere Bediener den Spiegel im Einklang mit früheren Betriebsinstruktionen ausrichtet. Dies muß nacheinander für jeden Spiegel jeweils einzeln erfolgen.

Daher ist die Ausrichtung des Laserstrahls ein äußerst mühsamer und zeitaufwendiger Vorgang, der nur durch geübte Fachleute durchgeführt werden kann.

Im Hinblick auf die Nachteile der bekannten Laserverarbeitungsmaschinen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und genaue Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung zu schaffen, die relativ einfach und rasch bedient werden kann.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine rechnergestützte Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung zu schaffen, die rasch mit hoher Genauigkeit betrieben werden kann.

Zur Lösung der vorstehend aufgeführten Aufgabenstellung ist eine erste Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Laserstrahlposition, durch welche der Laserstrahl hindurchtritt, wobei die Laserstrahlposition in einer Ebene senkrecht zur vorgegebenen Achsrichtung definiert ist; eine Speichervorrichtung zur Speicherung einer ersten Laserstrahlposition, die von der Erfassungsvorrichtung für die Laserstrahlposition erfaßt wird, wenn sich die Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes in einer ersten Position in der vorgegebenen Achsrichtung befindet; eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige der ersten Laserstrahlposition und einer zweiten Laserstrahlposition, wobei die zweite Laserstrahlposition durch die Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung in dem Fall erfaßt wird, wo die Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes in einer zweiten Position in der vorgegebenen Achsrichtung positioniert ist; und eine Vorrichtung zum Drehen des Spiegels um eine Achse, die in der Spiegeloberfläche liegt, so daß die zweite Laserstrahlposition geändert wird, um mit der ersten Laserstrahlposition zusammenzufasselen.

Eine zweite Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Laserstrahlposition, durch die der Laserstrahl hindurchtritt, und die Laserstrahlposition in einer Ebene senkrecht zu der vorgegebenen Achsrichtung (X-Achse, Y-Achse, Z-Achse) liegt; eine Speichervorrichtung zur Speicherung einer ersten Laserstrahlposition und einer zweiten Laserstrahlposition, die erste Laserstrahlposition durch die Erfassungsvorrichtung zur Erfassung der Laserstrahlposition in dem Fall erfaßt wird, wo sich die Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes in einer ersten Position in der vorgegebenen Achsrichtung befindet, und die zweite Laserstrahlposition durch die Erfassungsvorrichtung für die Laserstrahlposition in dem Fall erfaßt wird, wo sich die Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes in einer zweiten Position in der vorbestimmten Achsrichtung befindet; eine Vorrichtung zur Berechnung des Abstandes zwischen der ersten Position und der zweiten Position der Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes; und eine Vorrichtung zur Berechnung eines Neigungswinkels des Laserstrahls gegenüber der vorgegebenen Achsrichtung, abhängig von der Entfernung zwischen der ersten und der zweiten Position der Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes und abhängig von der ersten und zweiten Laserstrahlposition.

Die vorstehend aufgeführten und weitere Aufgabenstellungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Laserverarbeitungsmaschine, in welcher eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung allgemein gezeigt ist;

Fig. 2 eine einfache schematische Ansicht einer Spiegelanordnung der Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung der Einfallswinkel eines Laserstrahles, während er sich ausbreitet und dann innerhalb der in Fig. 2 angegebenen Spiegelanordnung kollimiert;

Fig. 4 eine einfache Darstellung eines Beispiels einer Spiegeleinstellvorrichtung für die erfindungsgemäße Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung;

Fig. 5 eine einfache Darstellung eines weiteren Beispiels einer Spiegeleinstellvorrichtung für die erfindungsgemäße Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung;

Fig. 6 eine erläuternde Zeichnung eines Beispiels einer Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung;

Fig. 7 eine Schnittdarstellung, die den Schnitt nach VII-VII in Fig. 6 angibt, gesehen in Pfeilrichtung;

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung;

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Hauptsteuerabschnittes der Vorrichtung nach Fig. 8;

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Spiegelmotor-Antriebsabschnittes der Vorrichtung nach Fig. 8;

Fig. 11 eine Ablaufdarstellung, die den Betrieb einer ersten Ausführungsform der Erfindung angibt;

Fig. 12 eine erläuternde Darstellung, die eine Anzeige auf einer Anzeigevorrichtung während des Betriebes der ersten Ausführungsform der Erfindung angibt;

Fig. 13 eine erläuternde Darstellung einer Anzeige auf einem als Kathodenstrahlröhre ausgebildeten Monitor während des Betriebes der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des Hauptsteuerabschnittes der Vorrichtung nach Fig. 8;

Fig. 15 bis 18 erläuternde Darstellung des Berechnungsprinzipes des Neigungswinkels eines Laserstrahlenganges bezüglich der X-, Y- und Z-Achse bei der zweiten in Fig. 14 angegebenen Ausführungsform; und

Fig. 19A + 19B Ablaufdarstellungen, die den Betrieb der zweiten, in Fig. 14 angegebenen Ausführungsform zeigen.

Es wird auf die Einzelbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen Bezug genommen. Zunächst wird in Verbindung mit Fig. 1 eine Kurzbeschreibung einer Ausführungsform der Erfindung zusammen mit einer allgemeinen Beschreibung einer Laserverarbeitungsmaschine (1) gegeben, um die erfindungsgemäße Ausführungsform dreidimensional zu veranschaulichen.

Zunächst umfaßt die Laserverarbeitungsmaschine (1) gemäß Fig. 1 vier Pfosten (3), die zwei Trägerelemente (5) stützen und zwei X-Achse-Führungskörper (7), die sich in Richtung der X-Achse erstrecken. Durch die X-Achse-Führungskörper (7) werden X-Achse-Schlittenschultern (9, 11) getragen, zwischen denen fest ein X-Achse-Schlitten (13) montiert ist der sich in Richtung der X-Achse erstreckt. Der X-Achse-Schlitten (13) trägt seinerseits einen Y-Achse-Schlitten (15), der verschiebbar auf dem X-Achse-Schlitten (13) befestigt ist. Vom Boden des Y-Achse-Schlittens (15) steht eine höhenverstellbare Z-Achse-Säule (17) ab.

Auf der Z-Achse-Säule (17) ist ein Element (19) derart befestigt, daß es um eine vertikale Achse (c₁) drehbar ist, und auf dem Element (19) ist ein Laserverarbeitungskopf (21) derart montiert, daß er um eine horizontale Achse (c₂) drehbar ist.

Somit kann in der Laserverarbeitungsmaschine (1) der Laserverarbeitungskopf (21) in drei räumlichen Richtungen bewegt werden, indem der X-Achse-Schlitten (13) in einer X-Achsenrichtung, der Y-Achse-Schlitten (15) in Y-Achsenrichtung und die Z-Achse-Säule (17) in einer Z-Achsenrichtung bewegt werden.

Ferner kann durch Drehen des Elementes (19) um die vertikale Achse (c₁) und durch Drehen des Laserverarbeitungskopfes (21) um die horizontale Achse (c₂) das Ende des Laserschneidkopfes (21) in beliebige Richtungen in den drei räumlichen Richtungen ausgerichtet werden.

Zur Erzeugung eines Laserstrahles ist ein Lasergenerator (23) am rückwärtigen Trägerelement (5) vorgesehen.

Insbesondere umfaßt der Lasergenerator (23) einen ersten Laseroszillator, wie beispielsweise einen He-Ne-Laseroszillator, zur Aussendung eines sichtbaren Laserstrahles, der zur Ausrichtung des Laserstrahlenganges verwendet wird, sowie einen zweiten Laseroszillator, wie beispielsweise einen Co₂-Laseroszillator, zur Aussendung eines Hochleistungslaserstrahles, der die Laserverarbeitung durchführt.

Der Lasergenerator (23) enthält ferner eine Optik, die selektiv entweder den sichtbaren Laserstrahl oder den Hochleistungslaserstrahl aus dem ersten oder zweiten Laseroszillator längs eines vorgegebenen Ausgangsstrahlenganges abgibt.

Ferner ist unter Bezugnahme auf Fig. 2 zusätzlich zu Fig. 1 eine Anordnung von Spiegeln an jeweiligen Positionen innerhalb der Laserverarbeitungsmaschine (1) vorgesehen, um den Laserstrahl (L) vom Lasergenerator (23) zum Laserverarbeitungskopf (21) zu führen.

Dabei ist am rückwärtigsten Ende des einen der X-Achse-Führungskörper (7) ein Lambda-Viertel-Spiegel (29) zum zirkularen Polarisieren des Laserstrahles aus dem Lasergenerator (23) vorgesehen, und ein Planspiegel (31) zum Reflektieren des Laserstrahles (L) aus dem Lambda-Viertel-Spiegel (29) gegen einen ersten Konkavspiegel (33) hin. Der erste Konkavspiegel (23) dient zur Ausbreitung des Laserstrahles (L), während dieser gegen einen zweiten Konkavspiegel (35) reflektiert wird, der anschließend den Laserstrahl (L) längs der X-Achse reflektiert und kollimiert (der erste Konkavspiegel ist linear einstellbar, so daß der Abstand der Konkavspiegel (33, 35) zur Erzielung der korrekten Kollimierung eingestellt werden kann). Somit dient der erste Konkavspiegel (33) als Expander und der zweite Konkavspiegel (35) dient sowohl als Kollimator und als gerichteter X-Achse-Spiegel (der anschließend als X-Achse-Spiegel (35) bezeichnet wird).

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 werden, um die gesamte Strahlaberration auf weniger als 5% zu halten, der erste Konkavspiegel (33) und der gerichtete X-Achse-Spiegel (35) derart vorgesehen, daß die Einfallswinkel (Theta₁, Theta₂) auf weniger als 3° (Grad) eingestellt werden.

Es wird erneut auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen; nachdem der Laserstrahl (L) durch den X-Achse-Spiegel (35) reflektiert wurde, bewegt er sich längs der X-Achse, bis er auf einen Y-Achse-Spiegel (37) auftrifft. Der Y-Achse-Spiegel, der auf der Schulter (11) des X-Achse-Schlittens montiert ist, reflektiert dann den Laserstrahl (L) längs der Y-Achse über einen Versetzungsspiegel (39) gegen einen Z-Achse-Spiegel (41) hin, wovon beide innerhalb des Y-Achse-Schlittens (15) vorgesehen sind. Der Versetzungsspiegel (39) kann dazu dienen, jegliche seitliche Versetzung des Laserstrahles (L) zu korrigieren, bevor er auf den Z-Achse-Spiegel (41) auftrifft. Schließlich wird der Laserstrahl (L), der auf den Z-Achse-Spiegel (41) aufgetroffen ist, nach unten durch die Z-Achse-Säule (17) auf das Element (19) und den Laserverarbeitungskopf (21) reflektiert. Im Element (19) und im Laserverarbeitungskopf (21) wird der Laserstrahl (L) durch einen ersten Kopfspiegel (43) und einen zweiten Kopfspiegel (45) reflektiert und trifft auf den Mittelpunkt der Fokussierlinse (47).

Unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. 4 ist eine Spiegelverschwenkung-Einstellvorrichtung (49) an jedem der Spiegel (31, 33, 35, 37, 39, 41) vorgesehen, damit die Spiegel um zwei rechtwinklig zueinander liegende Achsen (F, G), die innerhalb der Reflexionsebene eines jeden der Spiegel liegen, geschwenkt werden können.

Insbesondere ist eine Anordnung eines Vertikal-Gleichstrommotors (51) und eines Horizontal-Gleichstrommotors (53) vorgesehen, die eine entsprechende Einrichtung, wie beispielsweise ein hohes Untersetzungsverhältnis und Differentialverstellschrauben (55, 57), um einen der Spiegel (31, 33, 35, 37, 39, 41) jeweils um die beiden rechtwinklig zueinander liegenden Achsen (F, G) zu verschwenken. Die Relativrichtung der Verschwenkung um jede der Achsen (F, G) wird gesteuert, indem entweder eine positive oder eine negative Spannung an den Motoren (51, 53) angelegt wird.

Gemäß Fig. 5 kann anstelle der Motoren (51, 53) und der Einstellschrauben (55, 57) nach Fig. 4 eine Spiegelhalteanordnungen (59, 61, 63) für die Spiegelverschwenkungseinrichtung verwendet werden. Dabei sind die Spiegelhalteanordnung (59, 61, 63) auf der Oberfläche einer Spiegelhalteplatte (65) befestigt und an den Spitzen eines Dreiecks angeordnet, um ihren Spiegel (31) (oder 33, 35, 37, 39, 41) zu halten. Somit kann durch Vorschieben oder Zurückziehen eines Stabes einer der Anordnungen (59, 61, 63) relativ zu einem Körper der Anordnung (59, 61, 63) der Verschwenkungswinkel des Spiegels (31) (oder 33, 35, 37, 39, 41) eingestellt werden.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine NC-Steuerung (67) an der Laserverarbeitungsmaschine (1) vorgesehen, um die Translationsbewegungen in den jeweiligen Axialrichtungen des X-Achse-Schlittens (13), des Y-Achse-Schlittens (15) und der Z-Achse-Säule (17) zu steuern, und um die Drehbewegung des Elementes (19) und des Laserverarbeitungskopfes (21) zu steuern.

Ein handbetätigtes Gerät (69), das als Instruktionsgerät zur Eingabe eines Steuerprogrammes durch einen Steuervorgang oder dergleichen dient, ist an die NC-Steuerung (67) angeschlossen.

Ferner ist eine rechnergestützte Steuervorrichtung (71) zur Steuerung des Lasergenerators (23) und Einstellung der Spiegel (31, 33, 35, 37, 39, 41) mit der NC-Steuerung (67) verbunden.

Somit kann die gewünschte Laserverarbeitung mittels der Laserverarbeitungsmaschine (1) auf einem unter das System gebrachtes Werkstück durchgeführt werden, gesteuert durch die NC-Steuerung (67) und die rechnergestützte Steuervorrichtung (71).

Dabei ist zur Durchführung einer Laserstrahlengangausrichtung ein als Kathodenstrahlröhre ausgebildeter Monitor (73) vorgesehen, wie anschließend im einzelnen erläutert wird.

Es wird nunmehr auf Fig. 6 Bezug genommen. Eine Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung (75) ist lösbar an dem Element (19) befestigt, um die Position des Laserstrahls (eine Seitenposition in Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung) nahe am Laserverarbeitungskopf zu erfassen, wenn der Laserstrahlengang ausgerichtet wird.

Insbesondere wird ein Kopfspiegel (43) in frei festlegbarer und abnehmbarer Weise an einer im Element (19) gebildeten Befestigungsöffnung (19a) installiert. Ein mit Gewinde versehener Befestigungsabschnitt (19b) zum Installieren der Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung (75) in einer frei festlegbaren und lösbaren Weise ist im Element (19) ausgebildet.

Somit wird, wenn die Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung am Element (19) befestigt ist, nachdem der Kopfspiegel (43) entfernt ist, ein Befestigungszylinder (77) der Erfassungsvorrichtung (75) in die Befestigungsöffnung (19a) eingeführt, und der Kopfabschnitt (77a) des Befestigungszylinders (77) wird in den mit Gewinde versehenen Befestigungsabschnitt (19b) eingeschraubt. Anschließend wird ein Gehäuse (79) der Erfassungsvorrichtung (75) am Befestigungszylinder (77) montiert. Insbesondere greift ein im Gehäuse (79) gebildeter Eingriffsabschnitt abnehmbar in eine Eingriffsnut (77b) ein, die am Umfang des unteren Teils des Befestigungszylinders (77) ausgebildet ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 ist eine Zielmarkierung (83) auf einer unteren Fläche (81a) des Rahmens (81) des Gehäuses (79) ausgebildet, auf dem der Laserstrahl (sichtbarer Laserstrahl, wie beispielsweise ein He-Ne-Laserstrahl) (L) aus dem Element (19) gerichtet wird. Somit ist es möglich, den Ausrichtungsstatus des Laserstrahlenganges festzustellen, indem die Position des Laserstrahles bezüglich der Meßmarkierung (83) erfaßt wird.

Eine CCD-Kamera (83) ist an einer Oberseite (81b) des Rahmens (81) vorgesehen, um die Position des gegen die Zielmarkierung (83) gerichteten Strahles zu erfassen. Die Oberseite (81b) des Rahmens (81) ist bezüglich der Unterseite (81a) geneigt, so daß die optische Achse der CCD-Kamera (85) durch den Mittelpunkt der Zielmarkierung (83) tritt.

Somit ist es zur Verarbeitung von Signalen aus der CCD-Kamera (85) möglich, festzustellen, ob der Laserstrahl (L) korrekt auf die Mittelposition der Zielmarkierung (83) gerichtet ist oder nicht.

Ist der Kopfspiegel (43) nach der Ausrichtung des Laserstrahles erneut auf dem Element (19) befestigt, so gewährleistet die mechanische Positionierung der Kopfspiegel (43, 45), daß der Laserstrahl (L), für den die Position relativ zur Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung (75) ausgerichtet wurde, auf die Mitte der Fokussierlinse (47) über den anderen Kopfspiegel (45) auftrifft.

Es wird nunmehr auf Fig. 8 Bezug genommen. Die Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung umfaßt die rechnergestützte Steuervorrichtung (71) als Steuerabschnitt. Die Steuervorrichtung (71) ist derart ausgebildet, daß sie das Erfassungssignal aus der CCD-Kamera (85) aufnimmt und die Richtung der Spiegel (31, 33, 35, 37, 39, 41) einstellt.

Insbesondere wird das Signal aus der CCD-Kamera (85) der Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung (75) durch einen in der Steuervorrichtung (71) vorgesehenen Bilderfasser (87) in ein Bild verarbeitet. Das Bild des Bilderfassers (87) wird dem Hauptsteuerabschnitt (89) und einem Monitor (73) zugeführt.

Somit ist es durch Betrachtung des Monitors (73) möglich, die Position des Laserstrahles relativ zur Meßmarkierung (83) zu erfassen.

Es wird nunmehr auf Fig. 9 Bezug genommen. Im Hauptsteuerabschnitt (89) sind ein Strahlposition/Profil-Erfassungsabschnitt (93) und ein erster und zweiter Strahlposition/Profil-Speicherabschnitt (95, 97) vorgesehen. Im Strahlposition/Profilberechnungsabschnitt (93) werden die Strahlmittenposition und die Randkoordinaten des Strahlprofils bezüglich der Meßmarkierung (83) berechnet (die anschließend jeweils als Strahlposition und Strahlprofil bezeichnet werden), abhängig von dem vom Bilderfasser (87) kommenden Bildsignal. Anschließend werden die berechnete Strahlposition und das Strahlprofil in der Reihenfolge der Berechnung in einem ersten Strahlposition/Profil-Speicherabschnitt (95) oder in einem zweiten Strahlposition/Profil-Speicherabschnitt (97) gespeichert.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 8 werden die erste Strahlposition und das Strahlprofil und die zweite Strahlposition und das Strahlprofil, die jeweils in den Speicherabschnitten (95, 97) gespeichert sind, wie erforderlich, auf einer Anzeigevorrichtung (98) angezeigt.

In der rechnergestützten Steuervorrichtung (71) ist eine Eingabevorrichtung (99) vorgesehen, um die Lage der Spiegel (31, 33, 35, 37, 39, 41) einzustellen, wenn die auf dem Monitor (73) angezeigte Laserstrahlposition von der gewünschten Position abgewichen ist; zur Einstellung der Orientierung der Spiegel (31, . . ., 41) gibt die Eingabevorrichtung (99) ein Einstellsignal an den Vertikalmotor (51) und den Horizontalmotor (53) ab, die an jedem Spiegel vorgesehen sind.

Dabei kann beispielsweise der Vertikalmotor (51) im Uhrzeigersinn oder Gegenzeigersinn gedreht werden, indem ein Paar pfeilmarkierte Tasten (99a, 99b) gedrückt werden, die parallel zueinander nach rechts und links weisend angeordnet sind; und der Horizontalmotor kann im Uhrzeigersinn oder Gegenzeigersinn gedreht werden, indem ein Paar pfeilmarkierte Tasten (99c, 99d) gedrückt werden, die parallel zueinander nach oben und unten weisend angeordnet sind.

Ferner kann einer der Spiegelmotoren für die Spiegel (31, 33, 35, 37, 39, 41) selektiv durch ein Signal aus der Eingabevorrichtung (99) angetrieben werden, beispielsweise durch ein Signal, das durch Drücken einer entsprechenden Nummerntaste (99e) erzeugt wurde.

Ein Spiegelmotor-Antriebsabschnitt (101) ist in der Steuervorrichtung (171) vorhanden, um die Einstellmotoren (51, 53) der Spiegel (31, 33, 35, 37, 39, 41) bei Empfang eines Befehlssignals aus der Eingabevorrichtung (99) über den Hauptsteuerabschnitt (89) anzutreiben.

Es wird nunmehr auf Fig. 10 Bezug genommen. Ein Automatik/Handbetrieb-Umschalter (105) und ein Relais (107) sind im Spiegelmotor-Antriebsabschnitt (101) zwischen einer Stromversorgung (103) und den Spiegelmotoren (51, 53) vorgesehen. Das Relais (107) schaltet die Motoren (51, 53) im Einklang mit einem Signal aus dem Hauptsteuerabschnitt (89) ein oder aus. Ferner ist ein handbetätigter Druckknopfschalter (109) zwischen dem Relais (107) und dem Hauptsteuerabschnitt (189) vorgesehen.

Um die Spiegelmotoren (51, 53) anzutreiben, wird die Steuervorrichtung (71) eingeschaltet und der Druckknopfschalter (109) niedergedrückt.

Entsprechend werden bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Spiegelmotoren (51, 53) nicht betätigt, wenn der Druckknopfschalter (109) nicht gedrückt wird, so daß keine Besorgnis bezüglich eines falschen Betriebes der Spiegelmotoren gegeben ist, selbst wenn ein falsches Signal vom Hauptsteuerabschnitt (89) abgegeben wird.

Es wird erneut auf Fig. 8 Bezug genommen. Der Handschaltkasten (89) kann durch entsprechende Betätigung den handbetätigten Betrieb der Spiegelmotoren (51, 53) durchführen.

Entsprechend kann der Bediener die Spiegel durch den Handschalterkasten (69) einstellen, während die tatsächliche Laserstrahlposition, ausgehend von der Seite des Elementes (19), an der die Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung (75) vorgesehen ist, kontrolliert wird.

Wie in Fig. 8 dargestellt ist, ist die NC-Steuerung (67) mit der rechnergestützten Steuervorrichtung (71) verbunden. Ein X- oder Y-Achse-Schlittenmotor oder ein Z-Achse-Säulenmotor (113) ist ebenfalls mit der NC-Steuerung (67) über einen Schlittenmotor-Steuerabschnitt (111) verbunden. Der Motor (113) ist mit einem entsprechenden Codierer (115) ausgestattet, dessen Ausgangssignal der NC-Steuerung (67) eingegeben wird.

Somit kann der Hauptsteuerabschnitt (89) im Zusammenwirken mit der NC-Steuerung (67) arbeiten. Ferner kann die Bewegungsgröße des X-Achse-Schlittens (13), des Y-Achse-Schlittens (15) und der Z-Achse-Säule (17) berechnet werden, abhängig vom Ausgangssignal aus dem Codierer (115).

Es wird nunmehr auf Fig. 11 Bezug genommen und das Verfahren zur Ausrichtung des Laserstrahles (L) bezüglich der X-, Y- und der Z-Achse erläutert. Mittels dieses Verfahrens wird der Laserstrahl (L) bezüglich der X-, Y- und der Z-Achse ausgerichtet und trifft auf die Mitte der Fokussierlinse (47) am Verarbeitungskopf (21) auf.

In Stufe (121) wird die Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung (75) am Element (19) befestigt.

In Stufe (123) erfolgt eine Grobeinstellung der Spiegel unter Verwendung des Handschaltkastens (69) und dergleichen.

In Stufe (125) wird der X-Achse-Schlitten (13) zu der Position bewegt, die am nächsten zum Expander (33) und dem Kollimator (35) liegt (die rückwärtige Endstellung in Fig. 1).

In Stufe (127) wird der (in der Zeichnung weggelassene) Verschluß des Lasergenerators (23) geöffnet und der Laserstrahl (L) ausgesandt, wobei der Laserstrahl ein sichtbarer Laserstrahl, wie beispielsweise ein He-Ne-Laserstrahl, ist.

In Stufe (129) wird das Laserstrahlprofil des auf die Meßmarkierung (83) auftreffenden Laserstrahls durch die Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung (75) erfaßt und die Meßmarkierung (83) und das Laserstrahlprofil werden auf dem Monitor (73) angezeigt.

In Stufe (131) werden die Mittenpositionskoordinaten und die Randkoordinaten (erste Strahlposition und erstes Strahlprofil) des projizierten Laserstrahlprofils bezüglich des Achsenkreuzes der Meßmarkierung (83) berechnet.

In Stufe (133) werden die in Stufe (131) berechnete erste Strahlposition und das erste berechnete Strahlprofil im Speicherabschnitt (95) gespeichert.

In Stufe (135) wird die erste Strahlposition, die in Stufe (131) berechnet wurde, digital in einem Anzeigeabschnitt (198a) der Anzeigevorrichtung (98) angezeigt, wie in Fig. 12 angegeben ist, und das erste Strahlprofil (ein Randprofil) (73a) wird gemäß Fig. 13 am Monitor (73) wiedergegeben. Jedoch ist es nicht wesentlich, daß das erste Strahlprofil (73a) auf dem Monitor (73) angezeigt wird; es kann stattdessen auf der Anzeigevorrichtung (98) wiedergegeben werden.

Ferner ist eine dreidimensionale Positionierung des Pfades des Laserstrahles (L) in einem Anzeigeabschnitt (98b) der Anzeigevorrichtung (98) während der Ausrichtung des Laserstrahles simuliert.

Es wird erneut auf Fig. 11 Bezug genommen und in Stufe (137) wird der Laserverschluß geschlossen.

In Stufe (139) wird der X-Achse-Schlitten (13) zu einer Stellung bewegt, die am weitesten vom Expander (33) und Kollimator (35) bewegt ist (die vorderste Endstellung in Fig. 1). In Stufe (141) wird der Laserverschluß wiederum geöffnet.

In Stufe (143) wird das projizierte Laserstrahlprofil erfaßt und angezeigt.

In Stufe (145) werden die Koordinaten der Mitte des Laserstrahles als zweite Strahlposition berechnet.

In Stufe (147) wird die zweite Strahlposition im Speicherabschnitt (97) gespeichert.

In Stufe (149) läßt der Bediener die Motoren (51, 53) des X-Achse-Spiegels (35) in der entsprechenden Richtung umlaufen, indem die entsprechenden pfeilmarkierten Tasten (99a, 99b, 99c, 99d) an der Eingabevorrichtung (99) gedrückt werden, so daß das erste Strahlprofil (73b) sich bewegt, um mit einem ersten projizierten Strahl (73a) auf dem Monitor (73) zusammenzufallen (siehe Fig. 13).

Dabei sind die pfeilmarkierten Tasten (99a, 99b, 99c, 99d) an der Eingabevorrichtung (99) mit den Motoren (51, 53) verbunden, die am X-Achse-Spiegel (35) vorgesehen sind, so daß die Pfeilrichtung einer gedrückten Taste der Bewegungsrichtung der Strahlprofile an der Anzeige entspricht. Werden somit die pfeilmarkierten Tasten (99a, 99b) in Fig. 8 gedrückt, so bewegt sich der zweite projizierte Strahl (73b) in Fig. 13 in Horizontalrichtung und wenn die pfeilmarkierten Tasten (99c, 99d) in Fig. 8 gedrückt werden, so wird der zweite projizierte Strahl (33b) in Fig. 13 vertikal bewegt. Um den zweiten projizierten Strahl (73b) nach links und oben zu bewegen, damit er veranlaßt wird, sich dem ersten projizierten Strahl (73a) in Fig. 13 zu nähern, werden somit die pfeilmarkierten Tasten (99a, 99c) gedrückt.

Ferner ist die Größe der Drehung der Motoren (51, 53) durch die Zeitspanne bestimmt, während welcher die pfeilmarkierten Tasten (99a, 99c) niedergedrückt gehalten werden. Damit der zweite projizierte Strahl (73b) sich dem ersten projizierten Strahl (73a) gemäß Fig. 13 annähert, ist es somit erforderlich, daß die nach oben gerichtete, pfeilmarkierte Taste (99c) etwa zweimal so lange niedergedrückt wird wie die nach links gerichtete pfeilmarkierte Taste (99a) niedergedrückt wird.

Es wird erneut auf Fig. 11 Bezug genommen; wenn die beiden Strahlprofile näherungsweise am Monitor (73) zusammenfallen, so wird in einer Stufe (151) das Zusammenfallen der beiden Strahlprofile durch die Koordinatenwerte der ersten und zweiten Strahlposition auf dem Anzeigeabschnitt (98a, 98c) (Fig. 12) bestätigt. Liegt der Unterschied in den Werten der beiden Koordinatensätze nicht unter einem spezifischen zulässigen Wert, so werden kleine Justierungen durch erneutes Niederdrücken der pfeilmarkierten Tasten (99a-99d) vorgenommen.

Liegt somit der Unterschied zwischen den in Abschnitt (99a, 99c) gezeigten Koordinatenwerten unter einem spezifischen zulässigen Wert, so wird die Einstellung des X-Achse-Spiegels (35) beendet und das Programm geht zur Stufe (153) weiter.

In diesem Zusammenhang sollte angemerkt werden, daß, falls der Laserstrahl (L) mit der X-Achse ausgerichtet ist, die projizierte Strahlposition sich nicht bewegen darf, selbst wenn der X-Achse-Schlitten (13) sich längs der Achse des Führungskörpers (7) bewegt. Daher ist nunmehr während der Stufen (125-151) der Laserstrahl (L), der längs der X-Achse verläuft, mit der X-Achse ausgerichtet.

In Stufe (153) wird entschieden, ob die Einstellung des Z-Achse-Spiegels (141) beendet oder nicht beendet wurde. Wurde die Einstellung nicht beendet, so geht das Programm weiter zu Stufe (155), in welcher die X-Koordinate mit der Y-Koordinate vertauscht wird, und das Programm kehrt zur Stufe (125) zurück.

Sind die Vorgänge in den Stufen (125-149) bezüglich der Einstellung des Y-Achse- und Z-Achse-Spiegels ausgeführt und ist die Einstellung des Z-Achse-Spiegels beendet, so geht das Programm von Stufe (153) weiter zur Stufe (157).

Nach der Einstellung des Z-Achse-Spiegels, falls die projizierte Strahlposition von der Mitte der Meßmarkierung (83) abweicht, dreht der Bediener in Stufe (157) während der Betrachtung des Bildes auf dem Monitor (73) beispielsweise die Spiegel (31, 33) (oder Spiegel (39)) um eine entsprechende Größe und bewegt die projizierte Strahlposition zur Mitte der Meßmarkierung (83). Der Umstand, daß der Lichtstrahl parallel zu einer seitlichen Position gegenüber der Vorschubrichtung bewegt werden kann, indem die Winkel der beiden Spiegel eingestellt werden, ist allgemein bekannt, womit eine Erläuterung entfällt.

Fig. 14 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hauptsteuerabschnittes (89). Zunächst wird in gleicher Weise wie beim Hauptsteuerabschnitt der ersten Ausführungsform die Mittenposition des projizierten Strahles (Strahlposition) mittels des Strahlposition-Berechnungsabschnittes (93) berechnet. Die durch den Strahlposition-Berechnungsabschnitt (93) berechnete Strahlmittenposition wird in einem ersten Strahlposition-Speicherabschnitt (117) oder in dem zweiten Strahlposition-Speicherabschnitt (119) gespeichert; sind die X- und Y-Achse-Schlitten (13, 15) und die Z-Achse-Säule (17) in die Positionen bewegt, die am nächsten zum Expander (33) und Kollimator (35) liegen, so werden die erfaßten Strahlmittenpositionen in einem ersten Strahlposition-Speicherabschnitt (117) gespeichert; und wenn die X- und Y-Achse-Schlitten (13, 15) und die Z-Achse-Säule (17) in die Positionen bewegt sind, die am weitesten vom Expander (33) und vom Kollimator (35) entfernt sind, so werden die erfaßten Strahlmittenpositionen in einem zweiten Strahlposition-Speicherabschnitt (119) gespeichert.

Abhängig von einem Impuls von einem Codierer (115), der an einem Motor (113) für die X- und Y-Achse-Schlitten oder der Z-Achse-Säule befestigt ist, wird die von den X- und Y-Achse-Schlitten (13, 15) oder die Z-Achse-Säule (17) durchfahrene Strecke durch einen Berechnungsabschnitt (121) für die vom Schlitten bzw. der Säule durchfahrene Strecke berechnet.

Abhängig von der Strecke, die vom X- und Y-Achse-Schlitten (13, 15) oder der Z-Achse-Säule (17) durchfahren wurde und die vom Berechnungsabschnitt (121) für die durchfahrene Strecke erhalten wird, und von der projizierten Strahlposition, die von dem ersten und zweiten Strahlposition-Speicherabschnitt (117, 119) erhalten wird, wird der Neigungswinkel (Theta) des Laserstrahles (L) relativ zu der X-, Y- und Z-Achse mittels eines Strahlneigungswinkel-Berechnungsabschnittes (123) berechnet.

Das Berechnungsverfahren wird nun kurz erklärt. Beispielsweise sei gemäß Fig. 15 angenommen, daß der Pfad des Laserstrahles (L) einen Neigungswinkel relativ zur Z-Achse aufweist (dabei wird unterstellt, daß die Ausrichtungen für die X-Achse und für die Y-Achse beendet sind).

In Fig. 15 wird anstelle der Z-Achse ein praktisch ausgerichteter Strahl (Lo) gezeichnet, bei dem die Strahlausrichtung gegenüber der Z-Achse beendet worden ist. Der vorhandene Laserstrahl (fehlausgerichtete Laserstrahl) (L) wird als ein Strahl gezeichnet, der unter einem Winkel (Theta) gegenüber dem virtuellen Strahl (Lo) verläuft. Beide Strahlen werden durch den Z-Achse-Spiegel (41) am gleichen Punkt reflektiert, jedoch wird bei Bewegung in Fig. 15 nach rechts der virtuelle Strahl (Lo) parallel zur Z-Achse gehalten und der fehlausgerichtete Strahl (L) ist vom Strahl (Lo) getrennt.

Es sei ferner angenommen, daß, wenn die Z-Achse-Säule (17) zum höchsten Ende angehoben wird, die Z-Koordinate der Meßmarkierung (83) gleich Z = Z_nah ist, und wenn die Z-Achse-Säule (17) zum untersten Ende abgesenkt wird, die Z-Koordinate der Zielmarkierung (83) gleich Z = Z_fern ist; somit betrifft in Fig. 15 die Bezeichnung "m₁" einen Abstand zwischen der Höhe des Z-Achse-Spiegels (41) und jener der Meßmarkierung (83), wenn die Z-Achse-Säule (17) zum höchsten Ende angehoben ist. Ist dann die Abweichung zwischen den beiden Strahlen (L, Lo) bei Z_nah = "a", und gleich "b" bei Z_fern, so kann der Neigungswinkel aus folgender Gleichung berechnet werden:

wobei c = b-a, und der Z-Bereich stellt die Bewegungsgröße zwischen dem höchsten Ende und dem tiefsten Ende der Z-Säule dar.

Hinsichtlich der Gleichung (1) wird angemerkt, daß der Unterschied c (= a-b) gleich dem Unterschied zwischen der ersten und zweiten Strahlposition ist, die in den Speicherabschnitten (117, 119) gespeichert sind. Somit wird der Neigungswinkel des Laserstrahles (L) relativ zur Z-Achse durch den Strahlneigungswinkel-Berechnungsabschnitt (132) berechnet, abhängig von aus dem Berechnungsabschnitt (121) erhaltenem Z-Bereich, und der ersten und zweiten Strahlposition, die aus den Speicherabschnitten (117, 119) erhalten wurden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 16 wird zur Erläuterung des Berechnungsverfahrens des Neigungswinkels des Strahles gegenüber der Y-Achse erneut ein praktisch ausgerichteter Strahl (Lo) betrachtet, bei dem die Strahlausrichtung gegenüber der Y-Achse beendet worden ist (es wird angenommen, daß die Ausrichtung für die X-Achse beendet worden ist).

Zur Fig. 16 wird angemerkt, daß die Formen zur Rechten des Z-Achse-Spiegels (41) virtuelle Bilder seitens des Spiegels (41) darstellen und jene zur Rechten des Versetzungsspiegels (39) stellen virtuelle Bilder seitens des Spiegels (39) dar. Somit liegen, wie allgemein bekannt ist, die Strahlengänge (L, Lo) zur Rechten der Spiegel (41, 39) immer auf verlängerten Linien der entsprechenden Strahlenwege zur Linken der Spiegel (41, 39), unabhängig von den Orientierungsrichtungen der Spiegel (39, 41).

Somit wird in den virtuellen Bildern der praktisch (virtuelle) ausgerichtete Strahl (Lo) als gerade Linie parallel zu einer Verlängerung der Y-Achse fortgeführt. Ferner wird der fehlausgerichtete Laserstrahl (L) längs einer geraden Linie unter einem Winkel (Theta) zum Strahl (Lo) fortgeführt.

Ein virtuelles Bild der Meßmarkierung (83) der Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung (75) befindet sich ebenfalls auf der Fortführungslinie (im virtuellen Raum).

Somit wird die Berechnung des Neigungswinkels des Strahles relativ zur Y-Achse in gleicher Weise, wie vorausgehend beschrieben, durchgeführt. Das heißt, es wird angenommen, daß die Y-Koordinate (im virtuellen Raum) der Meßmarkierung (83) bei der Bewegung des Y-Achse-Schlittens (13) in Fig. 1 zum linken Ende gleich Y = Y_nah ist, und daß bei Bewegung des Y-Achse-Schlittens (13) in Fig. 1 zum rechten Ende die Y-Koordinate (im virtuellen Raum) der Meßmarkierung (83) gleich Y = Y_fern ist. Dabei betrifft in Fig. 16 eine Bezeichnung "m₂" eine optische Entfernung zwischen dem Y-Achse-Spiegel (37) und dem Z-Achse-Spiegel (41). Ist nun die Abweichung zwischen den beiden Strahlen (L, Lo) bei Y_nah = "a", und gleich "b" bei Y_fern, so kann der Neigungswinkel des fehlausgerichteten Strahles (L) aus folgender Gleichung erhalten werden:

wobei c = b-a und Y-Bereich = Y_fern-Y_nah. Wie vorstehend erläutert wurde, entspricht der Unterschied c = (b-a) dem Unterschied zwischen der ersten Strahlposition und der zweiten Strahlposition, die beide erhalten werden, wenn der Y-Achse-Schlitten in die Position bewegt wird, wo Y = Y_nah und Y = Y_fern ist, und die in den Speicherabschnitten (117, 119) gespeichert werden. Somit wird der Neigungswinkel (Theta) des Strahles (L) gegenüber der Y-Achse ebenfalls im Berechnungsabschnitt (123) gespeichert, abhängig von den Daten aus dem Berechnungsabschnitt (121) und den Speicherabschnitten (117, 119).

In gleicher Weise kann gemäß Fig. 17 der Neigungswinkel des fehlausgerichteten Strahles (L) für die X-Achse aus folgender Gleichung erhalten werden:

wobei c = b-a und X-Bereich = X_fern-X_nah. Dabei betrifft in Fig. 16 die Bezeichnung "m₃" eine optische Entfernung zwischen dem X-Achse-Spiegel (35) und dem X-Achse-Spiegel (37).

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 14 werden die Fehleinstellungswinkel der Spiegel in einem Spiegelfehleinstellungswinkel-Berechnungsabschnitt (15) berechnet, abhängig vom Neigungswinkel des Strahles gegenüber jeder Achse der im Rechnungsabschnitt (123) berechnet wurde.

Beispielsweise ist gemäß Fig. 18 der Laserstrahl (L), der vom X-Achse-Spiegel (35) gegen die X-Achse reflektiert wird, unter einem Winkel (Theta) gegenüber dem praktisch ausgerichteten Strahl (Lo), einem Pfad, der parallel zur X-Achse ist. Ferner ist gemäß Fig. 18 der Laserstrahl (L) unter einem Winkel (Phi) in Horizontalrichtung geneigt, und er ist ferner unter einem Winkel (Psi) in Vertikalrichtung geneigt. In diesem Falle wird der Fehleinstellungswinkel des X-Achse-Spiegels (35) als Phi/2 um eine vertikale Achse (die F-Achse) und Psi/2 um eine horizontale Achse (die G-Achse) berechnet.

Es gibt Fälle, bei denen die tatsächliche horizontale und vertikale Richtung sich geringfügig von den Richtungen der zueinander senkrechten Linien (Kreuz) an der Meßmarkierung (83) unterscheiden. Daher ist es bei der Berechnung der Neigungswinkel in horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung erwünscht, daß der X-Achse-Spiegel vorab, beispielsweise durch einen sehr kleinen Winkel, um die Achse (F) verschwenkt wird, und dabei die Bewegung des auf der Meßmarkierung (83) auftreffenden Strahles beobachtet wird, um die tatsächliche Horizontalrichtung relativ gegenüber dem Kreuz der Meßmarkierung (83) zu bestimmen.

Es wird erneut auf Fig. 14 Bezug genommen; die Größe der Drehung der Vertikal- und Horizontal-Motoren, die an den X-, Y- und Z-Achse-Spiegeln (35, 37, 41) vorgesehen sind, wird in einem Berechnungsabschnitt für die zu der Motordrehung berechnet, abhängig vom Fehleinstellungswinkel der Spiegel, die im Berechnungsabschnitt (125) berechnet wurde.

Es wird nunmehr auf Fig. 19 Bezug genommen; um die Spiegel tatsächlich bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung einzustellen, wird in Stufe (131) die Laserstrahlposition-Erfassungsvorrichtung (75) am Element (19) befestigt und in Stufe (133) erfolgt eine Grobeinstellung der Spiegel von Hand.

Als nächstes wird in Stufe (135) der X-Achse-Schlitten (15) nahezu in der Mitte des Y-Achse-Schlittens (13) positioniert; die Z-Achse-Säule (17) wird an ihrer höchsten Position befestigt und der X-Achse-Schlitten (13) wird in die Position bewegt, die am nächsten zum Expander (33) und zum Kollimator (35) liegt.

In Stufe (137) wird der Verschluß des Lasergenerators (23) geöffnet, damit der sichtbare Laserstrahl ausgesandt werden kann.

In Stufe (139) wird der X-Achse-Spiegel (35) über einen sehr kleinen Winkel, beispielsweise in Horizontalrichtung, verschwenkt, und eine Horizontalachse (H) und eine Vertikalachse (V) werden an der Meßmarkierung (83) bestimmt.

In Stufe (141) wird ein auf die Meßmarkierung (83) projiziertes Strahlprofil erfaßt, und die Koordinate seiner Mittenposition (die erste Strahlposition) wird für die Horizontalachse (H) und die Vertikalachse (V) berechnet.

In Stufe (143) wird die erste Strahlposition im Speicherabschnitt (117) für die erste Strahlposition gespeichert.

In Stufe (145) wird der Verschluß des Lasergenerators (23) geschlossen.

In Stufe (147) werden der X-Achse-Schlitten (15) und die Z-Achse-Säule (17) in ihren vorhandenen Positionen befestigt und der X-Achse-Schlitten (13) wird in die Position bewegt, die am weitesten vom Expander (33) und Kollimator (35) entfernt ist.

In Stufe (149) wird der Verschluß des Lasergenerators (23) erneut geöffnet.

In Stufe (151) wird das zweite Strahlprofil erfaßt und die Koordinaten seiner Mittenposition (die zweite Strahlposition) werden berechnet.

In Stufe (153) wird der Neigungswinkel (Theta) des Laserstrahles bezüglich der X-Achse berechnet, abhängig von der Bewegungsgröße des X-Achse-Schlittens X-Bereich und der Werte der ersten und zweiten Strahlposition, wie folgt:

In Stufe (155) werden die Fehleinstellungswinkel (Phi/2, Psi/2) des X-Achse-Spiegels (35) berechnet.

In Stufe (157) wird die Größe der Drehung der X-Achse-Spiegelmotoren (51, 53) berechnet.

In Stufe (159) werden die Fehleinstellungswinkel (Phi/2, Psi/2) des X-Achse-Spiegels (35) auf der Anzeigevorrichtung (98) angezeigt.

In Stufe (161) gibt der Bediener die Fehleinstellungswinkel (Phi/2, Psi/2) in die Eingabevorrichtung (99) im Einklang mit der Anzeige der Stufe (159) ein, und die X-Achse-Spiegelmotoren (51, 53) werden veranlaßt, sich zu drehen. Die Fehleinstellungswinkel (Phi/2, Psi/2) können über die numerischen Tasten (99e) der Eingabevorrichtung (99) eingegeben werden.

In Stufe (163) wird entschieden, ob die Einstellung des Z-Achse-Spiegels beendet oder nicht beendet wurde. Wurde die Einstellung nicht beendet, so geht das Programm weiter zur Stufe (165), in welcher die behandelte Achse von der X-Achse zur Y-Achse gewechselt wird. Die obigen Vorgänge werden für den Y-Achse-Spiegel und den Z-Achse-Spiegel wiederholt. Ist die Einstellung des Z-Achse-Spiegels beendet, so geht das Programm weiter zur Stufe (167).

In Stufe (167) wird der Laserstrahl parallel zur Z-Achse bewegt, so daß er mit dieser zusammenfällt.

Mittels dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Laserstrahl genau mit der X-, Y- und Z-Achse ausgerichtet, da die X-, Y- und Z-Achse-Spiegel, abhängig von dem genau erfaßten Neigungswinkel des Laserstrahles, relativ zur X-, Y- und Z-Achse eingestellt werden.

Claims (6)

1. Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung für eine Laserverarbeitungsmaschine, die mit einem Lasergenerator ausgestattet ist, einem Laserverarbeitungskopf zur Durchführung einer Laserverarbeitung, sowie einer Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes in einer vorgegebenen Axialrichtung, und mit einem Spiegel zur Führung eines Laserstrahls vom Lasergenerator zum Laserverarbeitungskopf,
gekennzeichnet durch:
eine Erfassungsvorrichtung (75) zur Erfassung einer Laserstrahlposition, durch welche der Laserstrahl hindurchtritt, wobei die Laserstrahlposition in einer Ebene senkrecht zur vorgegebenen Achsrichtung definiert ist;
eine Speichervorrichtung (95) zur Speicherung einer ersten Laserstrahlposition, die von der Erfassungsvorrichtung (75) für die Laserstrahlposition erfaßt wird, wenn sich die Vorrichtung (13, 15, 17) zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes in einer ersten Position in der vorgegebenen Achsrichtung befindet;
eine Anzeigevorrichtung (73, 98) zur Anzeige der ersten Laserstrahlposition und einer zweiten Laserstrahlposition, wobei die zweite Laserstrahlposition durch die Laserstrahlposition- Erfassungsvorrichtung (75) in dem Fall erfaßt wird, wo die Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes in einer zweiten Position in der vorgegebenen Achsrichtung positioniert ist; und
eine Vorrichtung (49) zum Drehen des Spiegels um eine Achse, die in der Spiegeloberfläche liegt, so daß die zweite Laserstrahlposition geändert wird, um mit der ersten Laserstrahlposition zusammenzufallen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes (21) ein X-Achse-Schlitten (13), ein Y-Achse-Schlitten (15) oder eine Z-Achse-Säule (17) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung ein aus einer Kathodenstrahlröhre bestehender Monitor (73) zur grafischen Anzeige der ersten und zweiten Laserstrahlposition ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung eine Anzeigevorrichtung zur ziffernmäßigen Anzeige der ersten und zweiten Laserstrahlposition ist.

5. Laserstrahlengang-Ausrichtvorrichtung für eine Laserverarbeitungsmaschine, die mit einem Lasergenerator ausgestattet ist, sowie mit einem Laserverarbeitungskopf zur Durchführung einer Laserverarbeitung, mit einer Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes in einer vorgegebenen Achsrichtung, und einem Spiegel zur Führung eines Laserstrahls vom Lasergenerator zum Laserverarbeitungskopf,
gekennzeichnet durch
eine Erfassungsvorrichtung (75) zur Erfassung einer Laserstrahlposition, durch die der Laserstrahl hindurchtritt, und die in einer Ebene senkrecht zu der vorgegebenen Achsrichtung (X-Achse, Y-Achse, Z-Achse) liegt;
eine Speichervorrichtung (95, 97) zur Speicherung einer ersten Laserstrahlposition und einer zweiten Laserstrahlposition, die erste Laserstrahlposition durch die Erfassungsvorrichtung (75) zur Erfassung der Laserstrahlposition in dem Fall erfaßt wird, wo sich die Vorrichtung (13, 15, 17) zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes (21) in einer ersten Position in der vorgegebenen Achsrichtung befindet, und die zweite Laserstrahlposition durch die Erfassungsvorrichtung (75) für die Laserstrahlposition in dem Fall erfaßt wird, so sich die Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes in einer zweiten Position in der vorbestimmten Achsrichtung befindet;
eine Vorrichtung (121) zur Berechnung des Abstandes zwischen der ersten Position und der zweiten Position der Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes (21); und
eine Vorrichtung (117, 119, 121, 123) zur Berechnung eines Neigungswinkels des Laserstrahls gegenüber der vorgegebenen Achsrichtung, abhängig von der Entfernung zwischen der ersten und der zweiten Position der Vorrichtung zur Bewegung des Laserverarbeitungskopfes (21) und abhängig von der ersten und zweiten Laserstrahlposition.

6. Vorrichtung nach Anpruch 5, ferner gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (49) zum Drehen des Spiegels um eine Achse, die in der Spiegeloberfläche liegt, entsprechend dem Neigungswinkel des Laserstrahls gegenüber der vorgegebenen Achsrichtung zwecks Ausrichtung des Laserstrahlenganges.