专利名称：用于材料加工的激光组件以及具有这种激光组件的激光加工机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于材料加工、特别是用于板加工的激光组件，具有用于产生激 光射束的激光射束源，具有射束空间，由激光射束源产生的激光射束在该射束空间中延伸 并且该射束空间包含气体，具有温度检测装置，该温度检测装置检测射束空间中的气体的 温度情况并且该温度检测装置与一控制装置连接，以及具有温度调节装置，其中，该控制装 置根据借助温度检测装置检测到的温度情况来控制温度调节装置，该温度调节装置依此调 节射束空间中的气体的温度情况。此外，本发明还涉及一种用于材料加工、特别是用于板加工的激光加工机，包括所 述类型的激光组件。
背景技术：
在JP11-277286A中公开了这类现有技术。该文献公开了一种激光加工机，在该激 光加工机上，激光加工光束在封闭的射束空间中在激光振荡器和激光加工头之间被引导。 在激光射束的传播方向上沿着射束空间在该射束空间的壁上设置有与激光射束轴线有相 同距离的多个温度测量器。从US 2005/0150882A1 及 US 2006/0027537A1 和 US 2005/0061778A1 中已知其它 的现有技术。在根据US 2005/0150882A1的装置中，由激光射束源产生的激光射束在气体填充 的射束空间中通过反射镜导向并且借助光具聚焦在要加工的物体上。为射束空间设置了旁 路，在该旁路中安置有风扇和过滤器。作为替代实施方式该文献描述了一种组件，该组件具 有“热交换器”来替代过滤器。在该现有技术中通过气体交换率来影响射束空间区域中的 激光射束发散。在射束空间中循环的气体的体积流量称为气体交换率。该气体通过风扇驱 动并且借助过滤器净化。该文献给出一个公式，根据该公式计算气体交换率，以使激光射束 的散射最小化。在一次性定义气体交换率后不进行射束参数的自动再调节。US 2006/0027537A1和US 2005/0061778A1涉及激光组件以及设置有该激光组件 并具有射束引导空间的激光加工机，该射束引导空间充有气体，例如氮气。
发明内容
从所述类型现有技术出发，本发明的任务在于，根据射束空间中的温度情况优化 对激光射束的参数的控制。根据本发明，提出一种用于材料加工、特别是用于板加工的激光组件，具有用于产 生激光射束的激光射束源；具有射束空间，由激光射束源产生的激光射束在该射束空间中 延伸并且该射束空间包含气体；具有温度检测装置，该温度检测装置检测射束空间中的气 体的温度情况并且该温度检测装置与一控制装置连接；以及具有温度调节装置，其中，该控 制装置根据借助温度检测装置检测到的温度情况来控制该温度调节装置，该温度调节装置依此调节射束空间中的气体的温度情况，其中，该温度检测装置跨越射束空间横截面检测 该气体空间中的气体内部的温度分布，其方式为，该温度检测装置沿着射束空间具有一些 测量装置，这些测量装置沿着激光射束的射束传播方向在相对于激光射束的不同径向距离 上测量射束空间中的气体的温度。温度检测装置与控制装置和温度调节装置的组合使得能够根据温度情况来控制 射束参数。测量装置使得能够测取为通过控制装置控制温度调节装置所需的测量值。可以 在气体空间横截面的不同的、上下叠置的区域中检测射束空间中的气体的温度。对温度分 布的测取提供了用于建立射束空间中的符合目的的温度情况的基础。大致能够自动应对变 化的环境参数并且在此进行对射束参数的有针对性的影响。射束空间中的温度情况的调节能够例如具有这样的目标通过使射束空间中的气 体内部的温度分布均勻化来减少激光射束的散射。也可以通过气体温度情况的不均勻化有 针对性地产生相反的效果。散射引起激光射束直径的扩大。如果根据应用情况特定地需要高能量的激光射 束，这可通过激光射束的射束引导区域中的散射最小化实现。对于其它应用可能相反希望 扩展的激光射束。在这种情况下射束空间中的气体的不均勻温度分布导致散射加强并且由 此导致激光光束的扩展。在激光组件模块式构造的情况下可以在同一个激光加工机上使用多个激光组件。本发明的特别的实施型式可从下面得知。所述温度调节装置基于通过控制装置的控制来调节射束空间中的气体的温度情 况，以使射束空间中的气体的温度情况均勻化。激光空间中的温度情况的均勻化防止在射 束空间横截面中产生温度梯度并且由此防止在射束空间中形成气体的不同折射率。这导致 激光射束的散射最小化并且该激光射束能够以尽可能小的损失被引导到加工位置。所述温度调节装置具有涡流装置，借助该涡流装置能够使射束空间中的气体产生 涡流，和/或所述温度调节装置具有用于调节射束空间中的气体的流速的装置。温度调节 装置具有涡流装置和/或用于调节射束空间中的气体的流速的装置。射束空间中的气体的 涡流导致不同温度的气体层混合并且由此导致温度统一。通过流速的变化能够影响射束空 间边缘区域中的气体温度与环境温度的同化。特别是涡流装置避免在射束空间横截面上形 成温度梯度并且由此避免由温度引起的横向于射束传播方向的气流。所述温度调节装置具有风扇，借助该风扇能够使射束空间中的气体产生涡流和/ 或能够调节射束空间中的气体的流速。在本发明的扩展构造中，温度调节装置具有风扇。使 用风扇是特别有利的，因为该风扇不仅能够引起射束空间中的气体的涡流而且能够引起流 速的调节。所述温度调节装置具有冷却和/或加热装置。本发明激光组件的温度调节装置具 有冷却和/或加热装置。借助这样的装置能够有针对性地并且快速地调节射束空间中的气 体的符合目的的温度。所述射束空间形成射束导向装置，激光射束在离开激光射束源后在该射束导向装 置中延伸。在本发明的扩展构造中，射束空间构造为射束导向装置。在这样的射束空间中， 激光射束例如借助反射镜被导向。该激光射束位于相对于环境分开的区域中，在该区域中 温度情况能够被最优地调节。
为射束空间设置有旁路，所述温度调节装置安置在该旁路中。本发明激光组件具 有旁路。该旁路使得温度调节装置能够结构简单地安置在激光射束的影响区域之外。设置空气或者氮气作为射束空间中的气体。设置空气或者氮气作为射束空间中的 气体。特别是使用空气使得能够成本有利地运行激光组件。为了进一步降低成本，该空气 可以在净化后再利用。根据本发明，还提出一种用于材料加工、特别是用于板加工的激光加工机，包括前 述激光组件。本发明的其它特征和优点从下面对本发明优选实施例的描述并且根据附图得出， 这些附图示出本发明基本的细节。本发明的实施例在附图中示意地示出。
附图示出图1用于板加工的激光加工机的等轴视图，具有两个激光组件，图2在侧视图中的根据图1的激光组件，以及图3在等轴视图中的根据图2的激光组件。
具体实施例方式根据图1，用于加工金属板2的激光加工机1包括激光射束源3，该激光射束源产 生两个激光射束16。这些激光射束16在图1中以其射束轴线表示。该激光射束源3被设 置为两个激光组件4的公共的激光射束源3。但也可想到对于每个激光组件4各设置一个 激光射束源3。每个激光组件4包括一个具有射束空间6的射束导向装置5，相关的激光射 束16在该射束空间中延伸。射束空间6由射束管区段7、上部的刚性壁的射束管8和下部 的波纹管9的限界。激光射16在射线空间6内部在气体氛围中被导向并且能够对准到金属板2上。优 选射束空间6以净化的空气或者氮气填充。射束空间6中的气体压力略微高于射束空间6 外部的压力。根据图1，在两个射束导向装置5的射束管8和波纹管9之间设置了梁10。两个 激光切割头11位于梁10上，在运行中每个激光射束16在对应的激光切割头上射出并落到 金属板2上。金属板2支承在工件台12上。激光切割头11不仅能够在双箭头13方向上 沿着梁10移动，而且能够在箭头方向14上与梁10—起移动。当在箭头方向14上运动时 该梁10在纵向导向装置15上移动。根据图2和图3，在每个激光组件4上，由激光射束源3产生的激光射束16从激光 射束源3经过接口 17到达上部的射束管8中。在该射束管的在图2中的左端部上，激光射 束16借助反射镜转向到波纹管9中。在那里，激光射束16延伸到连接部件18，在该连接部 件18处，波纹管9与梁10 (图1)连接。充注射束空间6的气体通过接口 19导入到射束空 间6中。射束空间6的波纹管9包括褶皱的材料20，该材料气密地构成，以确保所使用的气 体的尽可能小的泄漏损失。该波纹管9允许连接部件18以及梁10在箭头方向14上运动。在图2中示出的激光组件4的右端部上设置旁路21，该旁路将上部的射束管8与
5波纹管9连接。总体形成一个封闭的系统。射束空间6的气体能够通过上部的射束管8、波 纹管9和旁路21循环。如果只使用一个激光组件4或者如果两个各具有一个自己的激光射束源3的、分 开的激光组件4与旁路21连接，那么也存在封闭的系统。温度调节装置22包括风扇23，该风扇促使射束空间6中的气体循环，温度调节装 置22还包括冷却和/或加热装置24，该冷却和/或加热装置将射束空间6中的气体加热或 者冷却。不仅风扇23而且冷却和/或加热装置24被安置在壳体25中、旁路21的下端部 上。风扇23和冷却和/或加热装置24是市场常见的装置，这些装置在图中被壳体25的壁 遮蔽。每个激光组件4具有温度检测装置26，该温度检测装置具有呈温度传感器27形式 的测量装置。温度传感器27用于获知射束空间6中的气体的温度情况并且沿着上部的射 束管8安置在多个测量位置上。这些温度传感器27沿着激光射束16的射束传播方向在到 激光射束16的不同径向距离上测量射束空间6中的气体的温度。由此能够在气体空间横 截面的不同的、上下叠置的区域中检测射束空间中的气体的温度。测量值被传送给控制装 置28，该控制装置在分析计算单元中对测量值进行分析计算并且基于分析计算的结果产生 用于温度调节装置22的控制信号。该控制装置28是数控控制部分29的部件，该数控控制 部分允许使用计算机辅助控制程序。控制装置28借助所述控制信号控制风扇23的转速，由此影响射束空间6中的气 体的涡流及其流速。气体的涡流导致射束空间6中的气体的温度的均勻化。由此使激光射 束16的散射最小化。射束空间6中的气体的流速或者流速变化对射束空间6中气体温度与环境温度的 同化的程度产生作用。流速越高，温度同化进行得越快。此外，控制装置28控制冷却和/或加热装置24。该冷却和/或加热装置例如在 激光加工机1启动过程中接通，以便尽可能快地将射束空间6中的气体加热到最优运行温 度。如果气体温度在激光运行中高于最优值，则将气体冷却。使用这种做法来避免激光射 束16的散射损失。该冷却和/或加热装置24的控制如风扇23的控制一样通过检测射束 空间6中的温度分布以及通过传送测量值到调控该冷却和/或加热装置24的控制装置28 来进行，直到实现射束空间6中的最优气体温度。对射束参数的针对性影响是与相应的加工情况相适应的。只要符合目的，也可以 通过控制温度调节装置22来调节射束空间6中的气体的温度而使射束空间6内部的温度 分布不均勻。
权利要求
用于材料加工、特别是用于板加工的激光组件，具有用于产生激光射束(16)的激光射束源(3)，具有射束空间(6)，由激光射束源(3)产生的激光射束(16)在该射束空间中延伸并且该射束空间包含气体，具有温度检测装置(26)，该温度检测装置检测射束空间(6)中的气体的温度情况并且该温度检测装置与一控制装置(28)连接，以及具有温度调节装置(22)，其中，该控制装置(28)根据借助温度检测装置(26)检测到的温度情况来控制该温度调节装置(22)，该温度调节装置依此调节射束空间(6)中的气体的温度情况，其特征在于，该温度检测装置(26)跨越射束空间横截面检测该气体空间(6)中的气体内部的温度分布，其方式为，该温度检测装置(26)沿着射束空间(6)具有一些测量装置(27)，这些测量装置沿着激光射束(16)的射束传播方向在相对于激光射束(16)的不同径向距离上测量射束空间(6)中的气体的温度。
2.根据权利要求1的激光组件，其特征在于，所述温度调节装置(22)基于通过控制装 置(28)的控制来调节射束空间(6)中的气体的温度情况，以使射束空间(6)中的气体的温 度情况均勻化。
3.根据前述权利要求之一的激光组件，其特征在于，所述温度调节装置(22)具有涡流 装置，借助该涡流装置能够使射束空间中的气体产生涡流，和/或所述温度调节装置(22) 具有用于调节射束空间(6)中的气体的流速的装置。
4.根据前述权利要求之一的激光组件，其特征在于，所述温度调节装置(22)具有风扇 (23)，借助该风扇能够使射束空间(6)中的气体产生涡流和/或能够调节射束空间(6)中 的气体的流速。
5.根据前述权利要求之一的激光组件，其特征在于，所述温度调节装置(22)具有冷却 和/或加热装置(24)。
6.根据前述权利要求之一的激光组件，其特征在于，所述射束空间(6)形成射束导向 装置，激光射束(16)在离开激光射束源(3)后在该射束导向装置中延伸。
7.根据前述权利要求之一的激光组件，其特征在于，为射束空间(6)设置有旁路(21)， 所述温度调节装置(22)安置在该旁路中。
8.根据前述权利要求之一的激光组件，其特征在于，设置空气或者氮气作为射束空间 (6)中的气体。
9.用于材料加工、特别是用于板加工的激光加工机，包括根据前述权利要求之一所述 的激光组件⑷。
全文摘要
用于材料加工、特别是用于板加工的激光组件，包括用于产生激光射束(16)的激光射束源(3)；射束空间(6)，由激光射束源(3)产生的激光射束(16)在该射束空间中延伸并且该射束空间包含气体；温度调节装置(22)，借助该温度调节装置可调节射束空间(6)中的气体的温度情况；控制装置(28)，该控制装置控制温度调节装置(22)。温度检测装置(26)与该控制装置(28)连接，该温度检测装置(26)检测射束空间(6)中的气体的温度情况。控制装置(28)根据借助温度检测装置(26)检测的温度情况控制温度调节装置(22)，该温度调节装置(22)依此调节射束空间(6)中的气体的温度情况。
文档编号B23K26/12GK101875155SQ20101017041
公开日2010年11月3日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者H·托尼希 申请人:通快萨克森有限公司