CN102159358A - 用使气体喷嘴运动的运动装置进行激光加工的激光加工装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光加工装置(1)，包括：用于将激光束(4)对准到工件(2)上的加工部位(B)上的激光加工头(3)，以及至少一个优选与激光加工头(3)的束排出开口(5)错开地设置的气体喷嘴(7)。该激光加工装置(1)具有运动装置(6)，用于使气体喷嘴(7)相对于激光加工头(3)在用于保护气体喷嘴(7)免受污染的远离工件的停放位置(P)和用于将气流施加到加工部位(B)上的靠近工件的工作位置(A)之间运动、特别是移动。本发明还涉及一种相应的方法。

Description

用使气体喷嘴运动的运动装置进行激光加工的激光加工装置和方法
技术领域
本发明涉及一种激光加工装置，包括用于将激光束对准到工件上的加工部位上的激光加工头，以及包括至少一个优选与激光加工头的束排出开口错开地设置的气体喷嘴。本发明还涉及一种用于工件的激光加工的方法，包括：借助激光加工头将激光束对准到工件上的加工部位上。
背景技术
在工件的激光加工中，例如在激光切割、激光焊接或激光切除中，多样地使用气体，这些气体通过气体喷嘴被输送给工件上的加工部位。输送的气体可以用于不同的目的：一方面作为所谓的保护气体，即排除气氛中的空气、特别是氧气并由此保护加工部位免受氧化的气体或气体混合物，另一方面作为过程气体，该过程气体通过其气体压力和/或其内含物质支持激光加工过程。在很多情况下可以通过同一种气体满足这两种功能。
对于气体输送同样可以使用不同的系统。因此，气体可以通过一个例如一但并非强制地一定位在激光加工头侧旁的单独输送装置或者通过一个包围束路径的输送装置(例如同轴喷嘴)引向加工部位，在同轴喷嘴中激光加工头的束排出开口构成喷嘴排出开口。在这些同轴的气体喷嘴中可以设置用于束导向和/或束成形的元件以及用于过程监控的装置。
文献DE 10204993描述了气体输送的第一种情况，其中至少一个气体喷嘴设置在激光加工头侧旁。激光加工头构造为扫描头，即激光束可以在加工过程期间被引向光学装置的工作区中的任意位置。气体喷嘴可以通过气体喷嘴驱动器运动并且可与束转向同步地被控制，使得由气体喷嘴产生的气体束能够跟踪激光束并且两者在工件表面上的一个点上相遇。
由WO 00/54925已经公开一种具有同轴的气体喷嘴的激光加工头。该激光加工头具有一个可运动的下部区段，该下部区段一方面允许按照要加工的表面的形貌跟踪调节焦点和气体输送，另一方面通过距离测量信号与碰撞监控装置耦合。碰撞监控装置的算法在此也可以考虑加工头的运行模式。
在前面说明的两种情况中不利的是：气体喷嘴在工作距离中运行，使得气体喷嘴加强地受到污物影响并由此加强地受到参杂的风险。这特别是在不是始终或者不是在任何情况下都需要气体输送的应用中是不利的。此外，用于气体喷嘴的碰撞监控的距离传感器的使用导致复杂的结构和控制算法。
发明内容
相对于此，本发明的任务是改进开头所述类型的用于激光加工的激光加工装置以及方法，使得以简单方式能够实现对气体喷嘴的保护。
该任务根据本发明通过开头所述类型的激光加工装置解决，该激光加工装置具有用于使气体喷嘴相对于激光加工头在用于保护气体喷嘴免受污染的远离工件的停放位置和用于将气流施加到加工部位上的靠近工件的工作位置之间运动、特别是移动的运动装置。
通过该运动装置能够将气体喷嘴从其工作位置带到一个退回的停放位置中，该停放位置距离工件上的加工部位足够远，以保护气体喷嘴免受污染或者至少减少气体喷嘴的污染。在工作位置与停放位置之间的运动能够通过各种方式实现。例如，可以将气体喷嘴安置在杠杆臂上，该杠杆臂为了气体喷嘴的运动而执行旋转或倾斜运动。气体喷嘴的呈直线移动运动的运动已经被证明是特别有利的，因为其可以精确地且以高速度进行。这样的运动特别是在同轴气体喷嘴的情况下是有利的，因为直线移动通常对束导向没有影响。该运动装置可以通过不同的方式被驱动，例如用机械的、电的、液压的或气动的驱动。
在一种优选的实施形式中，激光加工装置包括控制单元，其用于根据要在相应的加工部位上执行的加工过程和/或根据通过气体喷嘴的气流来控制气体喷嘴的运动。
在此，气体喷嘴可以停留在停放位置中，直到激光加工头已经到达工件上的一个加工部位并且在该加工部位上应当执行需要气体输送的加工过程。控制单元能够由激光加工机的轨迹规划或相应的NC程序得出与此有关的信息。如果必须激活气流，那么使气体喷嘴运动到其工作位置中、接通过程气体或保护气体以及在输送气体的情况下进行激光加工。在激光加工过程结束之后，气体喷嘴重新退回到其停放位置中。
变换地或附加地，气体喷嘴运动的控制也可以与含有关于气流的信息的信号耦合，即气体喷嘴运动或气体喷嘴定位与流过气体喷嘴的气流直接相关。如果例如气流被关断，则气体喷嘴也被内缩。反之，外伸的气体喷嘴可以设置为接通气流的条件。因此，借助气体喷嘴的气体输送运动的控制特别优选地不仅基于关于激光加工头在工件上的位置的信号而且基于气流信号实现，其中，特别是气流的接通或关断与气体喷嘴的运动相互耦合。
在一种特别优选的实施形式中，气体喷嘴形成或固定在活塞杆的工件侧的端部上，该活塞杆具有用于将气体输送到气体喷嘴上的轴向孔。该活塞杆在此满足双重功能，因为它一方面用于通过中心孔输送气体，另一方面为了移动运动能够在气动地或液压地被驱动的缸中导向。该气体喷嘴在此设置成与活塞杆连接并且可以视应用而定不同地构造或者由活塞杆本身构成。由于该紧凑的结构形式可以将气体喷嘴或者运动装置的干扰轮廓降至最少。
在一种有利的扩展构型中，运动装置具有用于对活塞杆导向的双作用的气动缸。借助该双作用的气动缸不仅能够进行从停放位置到工作位置的运动，而且能够进行反方向的运动。此外，通过适当选择气动缸中的压力比不仅可以使气体喷嘴固定在活塞杆在缸中的行进运动的端点上，而且可以使气体喷嘴固定在中间位置上，以至于工作位置的地点必要时可以根据所选的加工过程变化。此外，通过调节气动压力可以-在气体喷嘴的方向上-实现碰撞保护，即当气体喷嘴撞到障碍物时实现气体喷嘴的退让。
在一种有利的扩展构型中，活塞杆为了抗扭转的导向而具有至少一个非径向对称的外部轮廓。该外部轮廓可以用于在气动缸中或在一个设置用于气体喷嘴的导向的壳体中对活塞杆导向。
本发明也在开头所述类型的方法中实现，该方法包括：使至少一个优选与激光加工头的束排出开口错开地设置的气体喷嘴相对于激光加工头从用于保护气体喷嘴免受污染的远离工件的停放位置运动、特别是移动到用于将气流施加到加工部位上的靠近工件的工作位置中。如上所示，气体喷嘴的运动在此优选受控制地进行，更确切地说根据要在相应的加工部位上执行的加工过程和/或根据通过气体喷嘴的气流来控制气体喷嘴的运动。
附图说明
本发明的其它优点由说明书和附图给出。同样，以上所述的和尚待进一步说明的特征可以各自地应用或者成组地以任意组合应用。所示的和所述的实施形式不应理解为穷尽性的列举，而是具有用于描述本发明的很多示例性的特征。
附图中：
图1a、b示出根据本发明的激光加工装置的一种实施形式的示意图，其中气体喷嘴在停放位置(a)中以及在工作位置中。
具体实施方式
图1a、b示出用于加工管状工件2的激光加工装置1，该激光加工装置包括激光加工头3，其用于使穿过激光加工头3的束排出开口5的激光束4对准到工件2上的加工部位B上。该激光加工装置1还包括运动装置6，该运动装置被固定在激光加工头3上并且用于使气体喷嘴7在靠近工件的工作位置A和远离工件的停放位置P之间运动。
运动装置6具有一个双作用的气动缸8，连续的活塞杆9在该气动缸中导向，在活塞杆的工件侧的端部上设有气体喷嘴7。为了将气体从远离工件的气体接头10输送到气体喷嘴7，该活塞杆9被构造为空心的，即活塞杆具有中心轴向孔11。运动装置6还具有两个在气动缸8的两个相互对置的端部上的用于气体输送的接头12a、12b，这些接头通过设置在活塞杆9上的呈盘13形式的活塞作用面相互分开。活塞杆9在壳面侧具有用于在运动装置6的壳体14中导向的正方形的外部轮廓，气动缸8设置在该壳体中。通过正方形的外部轮廓构成抗扭转结构，该抗扭转结构保证了在活塞杆9的运动中的高重复精度。
运动装置6还配设有用于与控制单元15通信的(未示出的)输入端和输出端，控制单元可以安放在激光加工头1中或者在(未示出的)激光加工机中的在此构成激光加工装置的其它部位上。控制单元15对于气体喷嘴7的运动考虑激光加工头1的位置信号和/或流过气体喷嘴7的气流信号，所述气流信号由用于将气体输送到气体接头10上的(未示出的)气体输送装置提供。
在图1a中示出的视图中，在工件2上执行焊接过程，其中无需借助气体喷嘴7将(过程)气体施加到加工部位B上。因此，过程气体输送被关断并且活塞杆9退回到其远离工件的终端位置中，该终端位置对应于气体喷嘴7的停放位置P。如果气体加工头3在其沿着工件2的运动中到达一个在此应当向加工部位B输送气流的位置，例如当如在图1b中所示在工件2上发生钻孔过程时，则使活塞杆9外伸并且气体喷嘴7被带到其工作位置A中。假如通过在活塞杆9外伸时产生的延迟会延缓加工过程，那么可以在到达加工部位5之前通过激光加工头1引起活塞杆9开始运动。但是，对于钻孔过程所需的气体、例如氮气通常只有在活塞杆9已外伸的情况下才被接通，即当气体喷嘴7已经位于其工作位置A中时。显然，变换地也可以在活塞杆9的外伸期间接通气体。一旦通过气体喷嘴7将气流施加到加工部位5上，则激光束4被接通并且执行激光加工过程，在当前情况下执行钻孔过程。显然，如果例如激光加工过程的先前部分可以无需气流地执行，那么也可以在该激光加工过程期间才进行气流的激活。如果在加工任务结束之后气流被关断，则使活塞杆9退回并且使气体喷嘴7返回到其停放位置A中。气流的关断在此可以预设为活塞杆9内缩的必要条件。
在上述的加工过程中还可以限定不同的中断情况。特别地，气流的关断不仅可以是活塞杆9内缩的必要前提条件，而且内缩或至少气体喷嘴在一个(中间)位置中的保持也可以是气流切断的必然后果。因此，有利的是，在“Not-Halt”情况及与此相关地切断通过气体喷嘴7的气流的情况下，气动缸8的控制能保留在气动缸的瞬时状态中，即活塞杆7的运动停止在停放位置P与工作位置A之间的中间位置中。活塞杆9然后保持在其瞬态位置中并且在激光加工装置1重新起动时首先重新行进到安全的停放位置A。
显然，除了上述的过程控制，也存在其它可能性将气体喷嘴7的运动以有利的方式与气流的接通或关断结合。也可以与在图1a、b中所示不同，气体喷嘴与激光束同轴地对准，使得气体喷嘴的喷嘴排出开口构成激光加工头的束排出开口。

Claims (7)

1.激光加工装置(1)，包括：
用于将激光束(4)对准到工件(2)上的加工部位(B)上的激光加工头(3)，以及
至少一个优选与激光加工头(3)的束排出开口(5)错开地设置的气体喷嘴(7)，
其特征在于，
设有运动装置(6)，用于使气体喷嘴(7)相对于激光加工头(3)在用于保护气体喷嘴(7)免受污染的远离工件的停放位置(P)和用于将气流施加到加工部位(B)上的靠近工件的工作位置(A)之间运动、特别是移动。
2.根据权利要求1的激光加工装置，还包括控制单元(15)，用于根据要在相应的加工部位(B)上执行的加工过程和/或根据通过气体喷嘴(7)的气流来控制气体喷嘴(7)的运动。
3.根据权利要求1或2的激光加工装置，其中，气体喷嘴(7)形成或固定在活塞杆(9)的工件侧的端部上，该活塞杆具有用于将气体输送到气体喷嘴(7)上的轴向孔(11)。
4.根据权利要求3的激光加工装置，其特征在于，运动装置(6)具有双作用的气动缸(8)，活塞杆(9)在该气动缸中被导向。
5.根据权利要求3或4的激光加工装置，其特征在于，活塞杆(9)为了抗扭转的导向而具有非径向对称的外部轮廓。
6.用于工件(2)的激光加工的方法，包括：
借助激光加工头(3)将激光束(4)对准到工件(2)上的加工部位(B)上，
其特征在于，
使至少一个优选与激光加工头(3)的束排出开口(5)错开地设置的气体喷嘴(7)相对于激光加工头(3)从用于保护气体喷嘴(7)免受污染的远离工件的停放位置(P)运动、特别是移动到用于将气流施加到加工部位(B)上的靠近工件的工作位置(A)中。
7.根据权利要求6的方法，还包括：根据要在相应的加工部位(B)上执行的加工过程和/或根据通过气体喷嘴(7)的气流来控制气体喷嘴(7)的运动。
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