技术领域
本发明涉及一种激光加工机，其具有可在高度上移动的激光部件、具
有另外的可在高度上移动的机器部件以及具有用于至少一个机器部件的重
力补偿装置。
背景技术：
用于工件的激光标记的已知激光加工机(工作站)具有工作空间，所
述工作空间具有可在高度上移动的标记激光器(“可在高度上移动的激光部
件”)和呈防护门形式的、可在高度上移动的机器部件，所述机器部件不透
光地封闭该工作空间。因为该标记激光器的镜头向下对准，所以待标记的
工件必须相应地放置在标记激光器下面。工件和标记激光器之间的聚焦距
离必须相对精确，以便能够实现标记。为了将标记激光置于聚焦距离正确
的高度上，使标记激光器相对于工件垂直地移动。在多数机器中，不仅防
护门而且标记激光器都被马达驱动，其中，仅防护门装备有传统的、直接
的重力补偿装置(配重、气体弹簧或弹簧组)。在激光标记时通常不需要很
高的移动速度，从而所有轴可以设置比较小的驱动装置。
技术实现要素：
本发明所基于的任务是，在开头所述类型的激光加工机中，除了已经
进行重力补偿装置的机器部件(例如防护门)之外，可在高度上移动的激
光部件附加地也设置有重力补偿装置。
根据本发明，所述任务的解决方案是，所述重力补偿装置具有至少一
个滚子对，所述滚子对具有两个抗扭转地固定在一共同的轴上的滚子，其
中，该轴可自由转动地在机架导向装置内以可移动的方式被导向，激光部
件在一个、即第一滚子上通过卷绕到该第一滚子上的第一牵拉器件以悬挂
的方式被保持，机器部件在另一个、即第二滚子上通过卷绕到第二滚子上
的第二牵拉器件以悬挂的方式被保持，其中，所述两个牵拉器件反向地卷
绕到所述滚子上，并且，在所述轴上作用一反力装置，所述反力装置在所
述轴上施加反力，所述反力至少部分地、尤其全部地补偿由激光部件和机
器部件沿移动方向施加在所述轴上的力。
所述可在高度上移动的激光部件可以是激光加工机的一个、多个或所
有产生激光射线或引导激光射线的部件，即例如涉及整个激光器连同激光
谐振器和和激光加工光具或者仅涉及激光加工光具，该激光加工光具可以
包括转向单元和扫描单元。
替代在具有两个相互独立地在高度上运动的质量(激光部件和机器部
件)的激光加工机中对于激光部件以及对于机器部件分别设置自己的重力
补偿装置，根据本发明，激光部件和机器部件用一个唯一的(共同的)重
力补偿装置关联，确切地说不安装附加的力促动器(配重、气体弹簧、弹
簧组等等)。根据本发明，借助两个同心地相互固定的、绕它们的轴自由转
动的、不同半径的滚子，在滚子上卷绕激光部件和机器部件的两个牵拉器
件，可以达到一种力分布，该力分布相应于滚子的半径比。该重力补偿装
置通过滚子对的轴起作用。例如如果现在一个质量向上受马达驱动移动，
则一方面另一个质量由于其不被驱动的马达的自锁而不移动，另一方面受
马达驱动移动的质量的牵拉器件从其滚子上退卷而另一牵拉器件根据半径
而定更快或更慢地卷绕到其滚子上。由此，滚子对在其机架导向装置中相
对于受马达驱动移动的质量反向运动，但不具有与所述移动的质量相同的
速度。通过滚子的不同半径，产生传动效应，其允许待补偿的质量的不同
并且能够通过对应的半径比而精确地协调于不同质量。
该共同的重力补偿装置使得与用于每个运动质量的直接补偿促动器各
自具有相应于其自重的反力的情况相比能够对于重力补偿装置使用总体更
小的力促动器。这是可能的，因为可以利用机器部件的重力来补偿可在高
度上移动的激光部件的重力。
至今借助滚珠回转丝杠实现标记激光器的竖直运动，所述滚珠回转丝
杠由步进马达驱动。由于标记激光器质量比较大，或者需要大的步进马达
或者需要小的丝杠升程，以便可以施加必要的力，以便可以抬升该质量。
该“大”力相应地在故障情况下也具有损伤危险并且需要安全预防措施或
监控。在使用根据本发明的重力补偿装置的情况下，用于可在高度上移动
的激光部件的传动链可以设计得小得多并且因此本身可以更安全。
因为通过使用根据本发明的重力补偿装置使必要的驱动力比在未补偿
质量的情况下小得多，因而用小驱动装置也能获得较大的移动速度。该优
点在经常必须进行参考行进的激光加工机中特别明显。标记激光器在参考
行进中典型地行进到上面的最大位置并且然后返回到零位置，即几乎两次
走过整个移动范围。由于速度更高，也可以节省生产时间，尤其当经常需
要标记激光器的高度变换时。
在传统激光加工机中，在无电流时以及在正常状态时都不能用手去移
动标记激光器，因为保持力必须很大。通过根据本发明的重力补偿装置能
够实现，较小的保持力就可以了，该较小的保持力在紧急情况下也可以用
手来克服。
为了防止标记激光器意外下沉，步进马达典型地装备有轴制动器，它
们在无电流状态下张紧，因为标记激光器的重力相比于在无电流状态下由
丝杠和马达的自锁阻止下沉而言太大了。可在高度上移动的激光部件的根
据本发明的重力补偿装置可以使这种制动器变得多余。如上所述，首先是
驱动促动器可以设计得更小，因为仅有惯性力而几乎没有重力要被克服。
因为根据本发明的重力补偿装置几乎不需要净能量，因而对于在高度上移
动更少消耗能量。因而，高度驱动装置的维持电流可以比在不补偿的情况
下更小，尤其是当激光加工机已开机时维持电流典型地持久作用。
需要注意的是，本发明不适用于动态应用，因为动态力从一个系统传
递到另一个系统并且这些系统因而相互影响。在针对激光加工机的大多数
应用中，在运动时既不要求值得注意的动态运动也不要求同时性；就此而
言，借助维持电流、轴制动器或马达的丝杠摩擦可以很好地实现动态效应
的消除。
优选，所述滚子的半径和所述反力装置的反力如此选择，使得在静止
状态下在所述轴上没有转矩作用且没有在移动方向的力作用，即不仅由激
光部件和机器部件作用在轴上的转矩而且由激光部件、机器部件和反力装
置在移动方向上作用在轴上的力都相互平衡。
优选，第一牵拉器件和/述第二牵拉器件通过转向滚子如此转向，使得
激光部件的重力和机器部件的重力互相反向地或同向地作用在轴上。在第
一种情况下激光部件的重力和机器部件的重力在轴上已经部分地相互补
偿，从而配重只需要补偿激光部件的和机器部件的重力差。在第二种情况
下激光部件的和机器部件的重力在轴上相互叠加，从而配重需要补偿激光
部件的和机器部件的重力和。激光部件的和机器部件的重力的方向可以根
据机器的要求或安装条件而定通过转向装置自由选择。
反力装置可以通过配重形成，该配重(在必要情况下通过一个或多个
转向滚子)悬挂地保持在轴上，或者反力装置通过气体弹簧或弹簧组形成，
其作用在轴上并且施加尽可能保持恒定的反力。在使用气体弹簧或弹簧组
(例如拉力弹簧或弹簧绳滚子(Federseilrolle))的情况下，反力的作用方
向可自由选择，从而重力补偿装置例如也能以水平位置安装在工作空间之
上。
机架导向装置可以垂直地、倾斜地或水平地走向，其中，在最后的情
况下配重可以通过转向滚子作用在滚子轴上。
本发明尤其适合用于具有标记激光器的激光标记机，但也适用于所有
其他具有可在高度上移动的激光部件的激光加工机。就此而言，激光加工
机很合适，因为没有值得注意的过程力作用于重力补偿质量上，所述过程
力可以危害到系统的平衡(例如在切削加工机中就是这样的情况)。
本发明保护对象的其他的优点和有利的构型从说明书、权利要求书和
附图中得知。前面提到的和后面列举的特也可以各自单独地或者多个任意
组合地使用。所示出的和说明的实施方式不应理解为穷举，而是对于解释
本发明具有示例性特质。附图极其示意性地示出本发明的保护对象，而不
能理解为符合尺寸比例。
附图说明
附图中：
图1以立体视图示出根据本发明的激光加工机；
图2示意性示出在图1中所示激光加工机中的作用的力；
图3示意性示出在相对于图1变化了的本发明激光加工机中作用的力。
在后面对附图的说明中对于同样的或功能相同的构件使用相同的参考
标记。
具体实施方式
在图1中示出的激光加工机1是标记激光器工作站，其具有可在高度
上移动的标记激光器2、可在高度上移动的防护门3和用于标记激光器2以
及防护门3的共同的重力补偿装置4。标记激光器2的重量mL典型地大约
是防护门3的重量mT的两倍大。为清晰起见，标记激光器2和防护门3的
驱动元件(马达、丝杠)和导向装置未示出。
如在图2中示意性示出，重力补偿装置4包括呈配重mG形式的反力装
置5和两个滚子对6，滚子对6可转动地固定在配重mG的两侧上。每个滚
子对6包括两个抗扭转地固定在共同的轴7上的、具有不同的半径R1、R2的
滚子8、9，其中，轴7可自由转动地在垂直的机架导向装置10内以可移动
(移动方向11)的方式被导向。标记激光器2悬挂地保持在较小的滚子8
上，分别通过卷绕在该滚子8上的第一牵拉器件12保持，防护门3悬挂地
保持在较大的滚子9上，分别通过卷绕在滚子9上的第二牵拉器件13保持。
两个牵拉器件12、13反向地卷绕在滚子8、9上并可以构造为绳、带或链。
经过转向轮14，两个牵拉器件12、13如此转向，使得标记激光器2的重力
FL向上并且防护门3的重力FT向下作用在轴7上。悬挂地保持在轴7上的
配重mG在轴7上施加指向下的反力FG，该反力在静止状态下完全补偿由标
记激光器2和防护门3沿移动方向11施加在轴7上的重力，即FG＝FL-FT。
滚子8、9的半径R1、R2如此选择，使得在静止状态下没有转矩作用到轴7
上，即R1×FL＝R2×FT。在所示实施例中，标记激光器2是防护门3的两倍
重，从而标记激光器2的牵拉器件12卷绕在较小的滚子8上并且滚子半径
的比R1：R2大约是1：2。
重力补偿装置4的工作方式如下：
在静止状态下，在轴7上既不作用转矩也不作用沿移动方向11的力，
从而滚子对6既不转动也不沿移动方向运动，标记激光器2和防护门3是
重力平衡的。
如果标记激光器2通过其驱动马达而在高度上移动，例如降低，则防
护门3由于其不被驱动的马达的自锁而在高度上保持固定。通过标记激光
器2的降低，第一牵拉器件12卷绕到其滚子8上并且第二牵拉器件13从
其滚子9退卷，其中，由于其滚子8的半径R1较小，第一牵拉器件12的卷
绕比第二牵拉器件13从其滚子9的退卷更快。由此，滚子对6在机架导向
装置10中向上运动，即相对于降低的标记激光器2反向并且具有降低的标
记激光器2的两倍速度。
如果标记激光器2通过其驱动马达提升，则防护门3由于其不被驱动
的马达的自锁而在高度上保持固定。通过标记激光器2的提升，第一牵拉
器件12从其滚子8退卷并且第二牵拉器件13卷绕到其滚子9上，其中，
由于其滚子8的半径R1较小，牵拉器件12的退卷比第二牵拉器件13在其
滚子9上的卷绕更快。由此，滚子对6在机架导向装置10中向下运动，即
相对于提升的标记激光器2反向并且具有提升的标记激光器2的两倍速度。
因为在标记激光器2降低和提升期间仅一个移动力向上或向下作用在
轴7上，运动的标记激光器2通过防护门3和配重mg继续保持重力平衡。
如果防护门3通过其驱动马达在高度上移动，例如降低，则标记激光
器2通过其不被驱动的马达的自锁而在高度上保持固定。通过防护门3的
降低，第二牵拉器件13从其滚子9退卷并且第一牵拉器件12卷绕到其滚
子8上，其中，由于其滚子9的半径R2较大，第二牵拉器件13的退卷比第
一牵拉器件12在其滚子8上的卷绕更慢。由此，滚子对6在机架导向装置
10中向上运动，即相对于降低的防护门3反向并且具有降低的防护门3的
两倍速度。
如果防护门3通过其驱动马达提升，则标记激光器2通过其不被驱动
的马达的自锁而在高度上保持固定。通过防护门3的提升，第二牵拉器件
13卷绕到其滚子9上并且第一牵拉器件12从其滚子8退卷，其中，由于其
滚子9的半径R2较大，第二牵拉器件13的卷绕比第一牵拉器件12从其滚
子8的退卷更慢。由此，滚子对6在机架导向装置10中向下运动，即相对
于提升的防护门3反向并且比防护门3的提升慢，其中，防护门3和反力
装置5的系统的势能总是保持不变。
因为在防护门3降低和提升期间仅一个移动力向上或向下作用在轴7
上，运动的防护门3通过标记激光器2和配重mg继续保持重力平衡。
在图3示出的激光加工机1中，与图2的不同仅是机架导向装置10水
平定向并且反力装置5通过弹簧组构成，该弹簧组以反力FG作用在轴7上。
该弹簧组可以例如像图3中所示构造为拉力弹簧或者气体弹簧，或者构造
为抵抗退卷地被预张紧的弹簧绳滚子。如虚线所示，反力装置5也可以是
配重mG，其通过在转向滚子14上转向的牵拉器件15悬挂地保持在轴7上。
替代如在图1和2中的竖直定向或者如在图3中的水平定向，机架导
向装置10也可以倾斜地定向。
在图1到3的实施方式中，整个标记激光器2连同激光谐振器2a和加
工光具2b一起可在高度上移动，与此不同，在未示出的其它实施方式中，
可以仅加工光具2b可在高度上移动，而激光谐振器2a固定地布置在激光
加工机之内或之外。因而例如在光纤激光器的情况下可以只有加工光具连
同转向单元是可在高度上移动的，而固定的激光谐振器的激射光借助激光
缆线被引导给加工光具。