具有用于移动光具的带驱动装置的激光加工头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于通过激光射束(2)来加工工件(5)的激光加工头，该激光加工头具有：保持装置(11)；射束成形光具(15′，15″)，其能在所述激光射束(2)的纵向上移动地支承在所述保持装置(11)上。为了在很大程度上避免所述光具(15′，15″)的污染并且为了即使当由于大加速度而出现大的惯性力时将所述光具(15′，15″)可靠地保持在其被调整到的位置中，设置有用于移动所述光具(15′，15″)的带驱动装置。
【专利说明】
具有用于移动光具的带驱动装置的激光加工头
技术领域
[0001]本发明涉及一种激光加工头，射束成形光具(尤其是聚焦光具、准直光具或缩放光具)能移动地或能调整地保持在该激光加工头中。
【背景技术】
[0002]在借助激光加工头加工工件时、尤其在激光切割或激光焊接时，通常设有带壳体的激光加工头，在该壳体中布置有聚焦光具、准直光具或缩放光具。通过聚焦光具这样聚焦穿过所述激光加工头向切割喷嘴延伸的激光射束，使得可以加工工件。用于成形所述激光射束的光具在此这样保持在激光加工头中，使得所述光具能相对于激光加工头的壳体调整。在此，一方面可以在垂直于所述激光射束的平面内并且另一方面可以在所述激光射束的纵向上调整所述光具。
[0003]由DE295 07 189 Ul已知用于借助激光射束加工工件的接头，在该接头中用于激光射束的聚焦光具可调整地保持在推入件上，该推入件能导入到所述接头的壳体中。在此，为了对所述光具在其纵向轴线方向上进行调整，设置有手动传动装置，该手动传动装置如丝杠传动装置那样工作。
[0004]在DE196 22 413中，作为用于在激光加工头中定位光具的调整传动装置而已知的是绳传动装置。在此不利的是:在绳直径为仅约Imm并且绳内弯曲半径为约20mm时也会由于各个线之间的摩擦而形成磨损。由此，可能污染加工头内部并且尤其可能污染加工头中的光具。
[0005]在已知的激光加工头中，当根据丝杠原理或借助绳传动装置进行光具调整时，会由于磨损和/或润滑剂引起光具污染问题，为了回避光具污染问题，已知的是设置用于光具的调整装置，该调整装置具有带有无接触式传动装置的直线马达。
[0006]具有这种带有无接触式传动装置(直接传动装置)的直线马达的调整装置或驱动装置由德国的实用新型DE 20 2009 012 924U1已知。
[0007]在此不利的是:当从外部有大的加速度作用到所述直接传动装置上时，可能使所述光具以不希望的方式运动并从而使所述焦点位置移动，其原因是，在此可能出现可能比磁性保持力大的惯性力。如果要避免这种效果，则可以或者插入制动器或者插入具有更大尺寸的直接传动装置。这种做法与小的结构尺寸和尽可能低的成本相矛盾。
[0008]由DE43 17 384 Al已知一种激光加工头，该激光加工头的射束成形光具能在所述激光射束的纵向上由蜗轮蜗杆传动装置移动。然而，这种类型的传动装置是众所周知地缓慢的并且基于所述蜗轮蜗杆传动装置的固有间隙而在比例上不精确。
[0009]US 5 546 238 A涉及带有高速透镜传动装置的缩放光具并且示出用于移动该光具的带驱动装置，该带驱动装置具有通过两个滚子引导的回转带。可以将所述光具的各个透镜组通过压电式夹紧来选择性地与用于移动的回转带耦合。在此，所述带通过起驱动作用的滚子摩擦锁合地被引导。
[0010]DE 196 28 857 Al涉及用于借助激光射束加工工件的接头，该接头的射束成形光具布置在盒中，该盒能插入到激光加工头中的载体单元中。为了在光轴方向上移动所述载体单元，设置有电驱动的驱动马达，该驱动马达的马达轴平行于所述光轴延伸。用于齿带的驱动轮坐置在所述马达轴上，该齿带绕着另一驱动轮，该另一驱动轮固定地坐置在丝杠上， 以便当所述马达旋转时使该丝杠旋转。为了移动所述载体单元，所述丝杆与丝杠螺母共同起作用，该丝杜螺母固定地安装在所述载体单元的一侧上。
【发明内容】
[0011]因此本发明的任务在于:提出一种激光加工头，该激光加工头具有可调整地保持在其中的光具，其中，能够很大程度上避免光具污染，并且即使当由于大加速度而出现大的惯性力时，仍能够可靠地使该光具保持在其设定的位置中。
[0012]该任务通过根据权利要求1的激光加工头来解决。
[0013]即根据本发明，为了保持和调整射束成形光具(如用于使激光射束聚焦到工件上的聚焦光具，能在所述激光射束的纵向上移动地支承在推入件上的准直光具，或缩放光具) 进行，激光加工头具有带驱动装置，借助该带驱动装置可以精确地移动所述射束成形光具， 并且即使当由于该激光加工头的快速运动和速度变化而出现大的惯性力时，该带驱动装置也使该射束成形光具可靠地保持在设定的位置中。根据本发明地设置的带驱动装置具有以下优点:在移动所述光具时，在所述带驱动装置中不出现可能导致磨损的滑动摩擦，而是仅仅出现滚动摩擦，从而避免如在现有技术中可能出现的污染。
[0014]为了使得在激光加工期间也能自动调整，设置:所述带驱动装置具有可旋转地支承在保持装置上的带滚筒，该带滚筒能由马达驱动，尤其是无刷直流电机或步进电机。
[0015]为了确保对所述光具在相对于推入件移动时进行可靠地引导，有利地设置:所述光具保持在滑座上，该滑座能在激光射束的纵向上移动地支承在所述保持装置上，该滑座具有两个在运动方向上互相隔开间距的端部，第一带以它的一个端部固定在滑座的一个端部上并且以它的另一个端部卷绕带滚筒并固定在该带滚筒上，而第二带以它的一个端部固定在所述滑座的另一个端部上并且以它的另一个端部卷绕带滚筒并固定在该带滚筒上。
[0016]有利地，在带滚筒的轴向上看，第一和第二带并排地卷绕带滚筒，其中，第一带布置在两个第二带之间。在此，符合目的的是，这两个第二带的宽度总和等于或大于第一带的宽度，其中，这两个第二带一样宽。
[0017]通过这些带在带滚筒上的这种特别布置，带滚筒的旋转运动能通过这些带被转化为由带驱动装置驱动的滑座的精确的直线移动，因为由这些带传递到带滚筒上的力相互抵消。
[0018]为了在移动滑座以调整光具时将这些带的负荷保持尽可能地小，设置:带厚度与带滚筒半径的比例小于〇.05，优选小于0.03，尤其小于0.01。
[0019]为了确保所述带驱动装置的可靠运行和长的使用寿命，符合目的地设置:第一和第二带具有相同的厚度，该厚度处于0.1mm至0.01mm的范围内，优选处于0.08mm至0.02mm的范围内，尤其处于〇.〇6mm至0.04mm的范围内。
[0020]有利地，第一带和第二带由钢构成，尤其是由弹簧钢或类似材料构成。所述第一带和第二带也可以构造为一个一体式带的第一带区段和第二带区段。[〇〇21 ]还符合目的的是:用于支承可在所述激光射束的纵向上移动的光具的保持装置保持在推入件上，该推入件能插入到所述激光加工头中。由此使得当由于所述光具的焦距变换或由于所述光具受损而需要更换光具时，能够快速并且简单地更换光具。【附图说明】
[0022]在下文中示例性地根据附图来进一步解释本发明。附图示出:
[0023]图1示出根据本发明的激光加工头的简化的示意性框图；
[0024]图2示出推入件的简化的示意性侧视图，该推入件用于将所述光具可调整地保持在根据本发明的激光加工头中；
[0025]图3示出用于所述光具的调整机构的简化的示意性俯视图；
[0026]图4a示出用于所述调整机构的带驱动装置的一体式的带的立体视图；以及 [〇〇27]图4b示出根据图4a的带在卷绕的装配状态中的立体视图。
[0028]在不同的附图图形中，互相相应的结构元件设有相同的附图标记。【具体实施方式】
[0029]如图1所示，根据本发明的激光加工头具有壳体1，激光射束2被引导通过该壳体1。 为了成形由光导纤维3中射出的激光射束2,例如设置有第一光具15'以及第二光具15〃，所述第一光具构造为准直光具，所述第二光具15〃作为聚焦光具将激光射束2聚焦到激光射束 2与工件5之间的相互作用区域4中。为了可调整地保持这些光具15'、15〃，这些光具15'、15〃 分别通过一个保持件16固定在一个带驱动装置的滑座14上，该滑座14能由马达19驱动并且在保持装置11上可移动地被引导。保持装置11可以如图1所示的那样直接固定在所述激光加工头的壳体1上。但也可能的是:如图2所示的那样，将保持装置11设置在推入件10上，该推入件10能插入到所述激光加工头中。
[0030]然而，取代在图1中示出的准直光具和聚焦光具，也可以使用缩放光具用于射束成形，借助该缩放光具不仅能改变焦点位置，而且能改变焦距。
[0031]如图2所示，能导入到所述激光加工头中的推入件10具有保持装置11，该保持装置 11构造为能固定在激光加工头的壳体1上的保持板。在保持装置11上设置有用于滑座14的导轨12,光具15保持在该滑座14上。该光具15在此可以如所提到的那样是用于扩宽和准直 (即用于产生扩宽的平行激光射束)的准直光具，或者是将用于切割、熔焊、纤焊、激光粉末焊接(PulverauftragsschweiPen)或类似加工的激光射束2聚焦到待加工工件5上的聚焦光具。如在图1和2中示意性示出的那样，光具15通过保持件16固定在滑座14上，该保持件16例如可以构造为保持套或类似物。滑座14具有在各自的位于保持装置11上的导轨12上被导向的第一和第二滑座轨17、18,所述第一和第二滑座轨17、18这样构造，使得由马达19驱动的、 位置固定地布置在保持装置11上的带滚筒20能不受阻碍地穿过滑座14突出，使得带滚筒20 和滑座14不相互妨碍。在一个滑座轨上(在示出的实施例中是在第一滑座轨17上)安装有第一和第二带保持件21、22,第一和第二带23、24以它们的一个端部固定在所述第一和第二带保持件21、22上，而以它们各自的另一个端部卷绕带滚筒20并且固定在该带滚筒20上。更确切地说，第一带23以其一个端部、即以图1中位于上方的端部通过带保持件21固定在滑座14 的一个端部上，而该第一带23以其下端部沿顺时针方向卷绕带滚筒20并且固定在该带滚筒 20上。构造为两个第二带24的所述第二带以其在所述附图中位于下方的端部通过带保持件22与滑座14的另一个端部连接，而所述第二带24的上端部、即这两个第二带24的上端部沿逆时针方向围绕滚筒20并且固定在其上。第一和第二带23、24这样并排地布置，使得两个第二带24位于第一带23的两侧。第一和第二带23、24在此共同构成围绕滚筒20的带环。[〇〇32]如图4a所示，取代第一带和第二带，可以使用一体式的带33的一个第一带区段23' 和两个第二带区段24'。第一和第二带区段23'、24'在带33的中间相遇并且构成叉形区段 34,通过该叉形区段34将带33固定在滚筒20上，如图4b所示。[〇〇33]用于带驱动装置(即将滚筒20的驱动力传递到滑座14上的牵引器件)的带23、24; 33具有大于50、优选大于80的宽度/厚度比例。这些带在此由钢、优选由弹簧钢构成并且具有处于0.1mm至0.01mm的、优选0.08mm至0.02mm的范围内的厚度、尤其是具有0.05mm的厚度。
[0034]应分别这样选择带厚度和滚筒直径，使得带厚度与滚筒半径的比例小于0.05,优选小于0.03,尤其小于0.01。如果例如采用相应于6mm滚筒半径的12mm滚筒直径，则在带厚度为0.05mm时得到的带厚度与弯曲半径的比例是0.0083。
[0035]现在，如果由例如可为无刷直流电机或步进电机的马达19使所述滚筒在图2中沿顺时针旋转，则第一带23或第一带区段23'卷起，而所述第二带(即第二带24或第二带区段 24〇被展开，使得滑座14在附图中向下运动。反之，当带滚筒20沿逆时针方向旋转时，滑座 14向上运动。
[0036]在此，通过未详细示出的直线标尺测量光具15的位置。相应的位置信号被继续送给马达调节器，该马达调节器用于将光具15定位在所希望的部位处。
[0037]在此应这样设计马达19,使得其转矩大于待运动的质量与带滚筒20半径的乘积。 由此，当由于加速度(该加速度为最大六倍重力加速度)而引起从外部作用的力时，这类马达19也能将光具15保持在希望的位态中。视所述加速度的方向而定，待通过所述带驱动装置来运动的质量的重力还附加地起作用。
[0038]通过使用带驱动装置，能使光具15在其光轴A的方向上相对于推入件10的保持装置11在导轨12之间往复移动，以便以所希望的方式调整该光具15在所述激光加工头中的位置。在准直透镜的情况下这样移动光具15,使得提供激光的光导纤维的射出面与所述准直光具的物侧焦点重合，以便将射出面向无穷远成像，即以便获得扩宽的平行激光射束。在聚焦透镜的情况下这样移动光具15,使得激光焦点相对于工件表面具有所希望的位置。尤其在聚焦光具的情况下，如果由于所述透镜变热而出现焦点移动，则能通过由马达19驱动的带驱动装置对光具15进行补偿引导，而不用在实质上中断加工过程。
[0039]根据本发明使用的带驱动装置的主要优点是:能减小并从而改善牵引器件厚度 (即带的厚度)与弯曲半径的比例。因此，也能减小由于卷绕和展开而处于拉应力下的带的负荷。因为在这些带内不出现类似于绳的磨损机理，所以所述激光加工头中的透镜也不存在污染的危险。还重要的是:在带与带滚筒之间不出现丝毫滑动摩擦，而是仅仅出现在实际上不会带来磨损的滚动摩擦。
【主权项】
1.用于通过激光射束来加工工件的激光加工头，该激光加工头具有:保持装置(II);射束成形光具(15)，该射束成形光具能在所述激光射束的纵向上移动地支承在所述保持装置(11)上；以及用于移动所述光具(15)的带驱动装置。2.根据权利要求1所述的激光加工头，其特征在于，所述带驱动装置具有可旋转地支承在所述保持装置(11)上的带滚筒(20)，该带滚筒(20)能由马达(19)驱动，尤其是能由无刷直流电机或步进电机驱动。3.根据权利要求2所述的激光加工头，其特征在于， -所述光具(15)保持在滑座上，该滑座能在所述激光射束的纵向上移动地支承在所述保持装置(11)上，该滑座具有两个在运动方向上互相隔开间距的端部， -第一带(23)以其一个端部固定在所述滑座(14)的一个端部上并且以其另一个端部卷绕所述带滚筒(20)并且固定在所述带滚筒(20)上，第二带(24)以其一个端部固定在所述滑座(14)的另一个端部上并且以其另一个端部卷绕所述带滚筒(20)并且固定在该带滚筒上。4.根据权利要求3所述的激光加工头，其特征在于，在滚筒的轴向上看，第一带和第二带(23，24)并排地卷绕所述带滚筒(20)。5.根据权利要求3或4所述的激光加工头，其特征在于，第一带(23)布置在两个第二带(24)之间。6.根据权利要求5所述的激光加工头，其特征在于，两个第二带(24)的宽度的总和等于或大于第一带(23)的宽度。7.根据权利要求5或6所述的激光加工头，其特征在于，两个第二带(24)—样宽。8.根据权利要求2至7中任一项所述的激光加工头，其特征在于，带厚度与带滚筒半径的比例小于0.05，优选小于0.03，尤其小于0.0l09.根据权利要求2至8中任一项所述的激光加工头，其特征在于，第一带和第二带(23，24)具有相同的厚度，该厚度处于0.1mm至0.0Imm的范围内，优选处于0.08mm至0.02mm的范围内，尤其处于0.06mm至0.04mm的范围内。10.根据以上权利要求中任一项所述的激光加工头，其特征在于，第一带和第二带(23，24)由钢构成，尤其是由弹簧钢或类似材料构成。11.根据以上权利要求中任一项所述的激光加工头，其特征在于，第一带以及第二带(23，24)构造成一个一体式的带(33)的第一带区段以及第二带区段(23' ,247) ο12.根据以上权利要求中任一项所述的激光加工头，其特征在于，用于支承能在所述激光射束的纵向上移动的光具(15)的所述保持装置(11)保持在推入件(10)上，该推入件能插入到所述激光加工头中。
【文档编号】B23K26/04GK105980097SQ201580007244
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年2月5日
【发明人】G·施珀尔, C·洛泽
【申请人】普雷茨特两合公司