CN110167709A - 具有空心轴驱动装置和不旋转的透镜的激光工具；用于调节激光工具中的激光束的焦点位置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种尤其是用于构造气缸工作表面的激光工具(100)，所述激光工具提供了工艺可靠地导引所述激光工具(100)的激光束(10a)的可行性，为了提供该激光工具建议，所述激光工具(100)具有用于产生激光束(10a)的激光源(10)，所述激光束导引通过位于空心轴(20)中的透镜管(18)，其中，在所述透镜管(18)中固定有透镜(12)，激光束(10a)导引通过所述透镜，其中，所述空心轴(20)能够旋转地设计为空心轴马达(19)，其中，在所述空心轴(20)处固定有丝杠(13)，用于将激光束(10a)偏转至工件表面上的光学装置固定在所述丝杠上，其中，空心轴(20)能够独立于透镜(12)地旋转。

Description

具有空心轴驱动装置和不旋转的透镜的激光工具；用于调节 激光工具中的激光束的焦点位置的方法
本发明涉及一种尤其是用于构造或者说结构化气缸工作表面的激光工具，所述激光工具具有固定的透镜和借助空心轴驱动装置驱动的能够独立于所述透镜旋转的丝杠或者说轴，本发明还涉及一种用于调节激光工具中的激光束的焦点位置的方法。
现有技术
在机动车技术领域中使用激光工具用于加工和构造工件表面。尤其将激光工具用于在气缸工作表面或者说气缸运行面上加工形成细小的结构。在由现有技术已知的激光工具中，在激光源中产生的激光束通过依次排列的光学元件导引至工件表面上，其中，通过可旋转的装置旋转激光束。在此，对于最佳的加工结果具有决定性作用的是激光束焦点的正确位置，所述位置应当是尽可能准确的并且能够可重复再现地调节形成。激光束在激光工具的光学元件中的导引在此对焦点位置具有影响，所述光学元件应当尽可能准确地在光路中定位。在此尤其有利的是，光学部件能够与丝杠无关地移动。
由专利文献DE 10 2008 015 403 A1已知一种用于精细加工工件孔的内表面、尤其是气缸工作表面的激光工具，其中，所述激光工具安设在能够旋转的并且尤其是能够升高和降低的空心的机床主轴上，并且其中，用于将激光束偏转至工件表面上的光学装置能够相对于机床主轴调节，从而使激光束能够与机床主轴的运动无关地移动。在此尤其规定，能够借助调节装置叠加光学装置的与机床主轴的旋转运动反向的旋转运动。由此应当延长激光束和待加工的工件表面之间的相互作用时间，从而能够加工形成自由结构。
发明内容：技术问题、解决方案、优点
本发明所要解决的技术问题在于提供一种激光工具，所述激光工具提供了工艺可靠地导引激光工具的激光束的可行性。该技术问题通过具有权利要求1所述特征的装置和具有权利要求11所述特征的方法解决。
本发明设置了一种尤其是用于构造气缸工作表面的激光工具，所述激光工具具有用于产生激光束的激光源，所述激光束导引通过位于空心轴中的透镜管，其中，透镜固定在所述透镜管中，激光束导引通过所述透镜，其中，所述空心轴可旋转地设计为空心轴马达，其中，在所述空心轴处固定有丝杠，在所述丝杠上固定有用于将激光束偏转至工件表面上的光学装置，其中，空心轴能够与透镜无关地旋转。
由于透镜不是固定在丝杠或者空心轴上并且由此不会随着所述丝杠或者空心轴旋转，因此提高了工艺准确性，从而避免了由于透镜的旋转造成的激光焦点移动。透镜为此有利地布置在空心轴中，从而使空心轴能够围绕透镜旋转。
在从属权利要求中给出了本发明的适宜的设计方案。
按照一种有利的设计方案规定，所述激光工具具有在光路中布置在激光源之后的准直器，所述准直器能够借助驱动装置平行于激光束移动。
通过准直器借助驱动装置沿着激光束方向的移动以有利的方式实现了，在不需要由操作者手动地影响的情况下适配或者说调整激光束的焦点的位置。此外，准直器稳定地在光路中导引。
按照适宜的扩展设计，驱动装置是电气的驱动装置、气动的驱动装置或者液压的驱动装置。驱动装置特别优选地是伺服电机或者说伺服马达。
按照另一种有利的设计方案，透镜固定在透镜管上，其中，所述透镜管固定在准直器上。透镜、透镜管和准直器由此构成单元，所述单元能够借助驱动装置平行于激光束移动并且由此用于调节激光束的焦点位置。通过在这种布置结构中将准直器和透镜彼此牢固地布置，优化了激光束的导引并且实现了激光焦点的更准确定位。
按照一种有利的实施方案，驱动装置具有作为外部的位置传感器的长度测量系统，用于检测准直器的位置。准直器的平行于激光束方向的移动例如能够通过滚珠丝杠实现。长度测量系统与驱动装置连接或者集成在所述驱动装置中。
按照另一种有利的实施方案，驱动装置具有用于控制准直器的移动的控制装置。由此能够根据至少一个可预设的参数控制准直器的移动。除此之外，所述控制装置处理长度测量系统的信号。
通过通过可预设的参数控制准直器的移动，以有利的方式提高了工艺可靠性和重复精确性。除此之外能够针对不同的气缸直径特别精确地调节焦点位置。尤其可行的是，将针对不同气缸直径的参数存储在设置于控制装置中的存储器中，从而能够在运行期间在不进行人工改换装备的情况下直接地调取所述参数。
按照另一种实施形式，至少一个参数可以是准直器朝光学装置的方向的进给或者准直器朝激光源的方向的进给。准直器朝光学装置的方向的进给在此表示焦点朝工件表面的方向前移，并且准直器朝激光源的方向的进给类似地表示焦点从工件表面移开。
按照另一种有利的设计方案规定，激光工具具有至少一个限定准直器朝光学装置的方向的移动的下部止挡。此外，按照另一种实施方案规定，激光工具具有至少一个限定准直器朝激光源的方向移动的上部止挡。
按照另一种有利的设计方案，光学装置是转向棱镜或者说反射棱镜或者镜面。所述转向棱镜固定在丝杠的远离激光源的端部上并且由此与所述丝杠一起旋转，以便通过旋转驶离工件表面。转向棱镜或者镜面借助多个螺钉螺纹连接在与丝杠相连的固持装置中。然而也可以考虑的是其它设计用于偏转激光束的光学元件、例如镜面。
此外，按照一种适宜的设计方案规定，激光工具具有调节单元，所述调节单元根据传感器的信号调节准直器的移动。这种传感器例如可以测量激光光斑的强度并且与额定值或者阈值相比较。在超过或者低于这种额定值或者阈值时，驱动装置自动地再调节准直器的位置并且由此再调节激光束焦点的位置。这样的结果是，表面具有按照预选的参数的更好的表面结构。此外系统的经济性提高，原因是激光源的强度能够与环境影响适配并且系统持续地被校准。
除此之外，本发明涉及一种用于在按照本发明的激光工具中调节激光束的焦点位置的方法。激光工具具有用于产生激光束的激光源和用于产生激光束的平行光路的准直器。激光束导引通过透镜，其中，所述透镜布置在能够旋转的丝杠内。激光束接着导引通过光学装置，所述光学装置位于丝杠的背离激光源的端部上并且将激光束偏转至工件表面上。准直器能够借助驱动装置平行于激光束移动，并且借助控制所述准直器的移动的控制装置预设至少一个参数，其中，准直器根据所述至少一个参数朝光学装置的方向移动或者与光学装置的方向相反地移动。
按照所述方法的一种有利的设计方案，所述至少一个参数是准直器朝光学装置的方向的进给或者所述准直器朝激光源的方向的进给。
此外，按照所述方法的一种有利的设计方案规定，透镜固定地布置在透镜管中，所述透镜管固定在准直器上，因此透镜随着所述准直器移动。
附图说明
以下根据附图详细阐述本发明的实施例。在附图中：
图1示出了激光工具的横截面视图。
本发明的优选实施形式
图1在横截面视图中示出了激光工具(100)。激光源(10)的纤维通过准直器(11)与激光工具(100)连接。准直器(11)固定在固定的套筒(26)上，所述套筒通过调节角件(25)与驱动装置(15)连接。所述驱动装置(15)借助滚珠丝杠(21)沿着导引轴(23)移动。在套筒(26)上同样固定有透镜管(18)，透镜(12)固定在所述透镜管的远离套筒(26)的端部上。来自激光源(10)的激光束(10a)的光路在此延伸通过准直器(11)、套筒(26)、透镜管(18)和透镜(12)直至光学装置(14)。
由激光源(10)、准直器(11)、套筒(26)、透镜管(18)和透镜(12)组成的单元通过调节角件(25)与驱动装置(15)连接并且由此能够作为单元平行于激光束移动。该聚焦单元的移动由上部止挡(17)和下部止挡(16)限定。
激光工具(100)还具有未在图中详细示出的用于控制准直器(11)的移动的控制装置。为了控制准直器(11)的移动，可以预设一个或者多个参数，因此例如能够预设准直器(11)朝光学装置(14)的方向的进给或者预设所述准直器朝激光源(10)的方向的进给。激光工具(100)还具有未详细示出的调节单元，所述调节单元调节准直器(11)的移动并且由此在过程中根据例如来源于传感器的信号调节焦点位置并且在焦点位置方面校准系统。
为了旋转激光束，激光工具(100)具有丝杠(13)，所述丝杠固定在空心轴马达(19)的空心轴(20)上并且通过该空心轴马达(19)驱动。透镜管(18)和透镜(12)在此布置在空心轴(20)内部。空心轴马达(19)的所有部件通过轴承(24)支承。
在丝杠(13)的远离空心轴马达(19)的端部处固定有光学装置(14)。所述光学装置(14)与丝杠(13)一起旋转。所述光学装置(14)包括将激光束(10a)偏转至工件表面(30)上的转向棱镜(28)。此外，在丝杠的区域中布置有具有读头的传感器(22)，所述传感器检验丝杠的位置，并且由此检验激光束(10a)的位置。
附图标记清单
100 激光工具
10 激光源
10a 激光束
11 准直器
12 透镜
13 丝杠
14 光学装置
15 驱动装置
16 下部止挡
17 上部止挡
18 透镜管
19 空心轴马达
20 空心轴
21 滚珠丝杠
22 传感器
23 导引轴
24 轴承
25 调节角件
26 套筒
28 转向棱镜/镜面
30 工件表面

Claims (13)

1.一种尤其是用于构造气缸工作表面的激光工具(100)，所述激光工具具有用于产生激光束(10a)的激光源(10)，所述激光束导引通过位于空心轴(14)中的透镜管(18)，其中，在所述透镜管(18)上固定有透镜(12)，激光束(10a)导引通过所述透镜，其中，所述空心轴(19a)能够旋转地设计为空心轴马达(19)，其中，在所述空心轴(19a)处固定有丝杠(13)，用于将激光束(10a)偏转至工件表面(30)上的光学装置(14)固定在所述丝杠(13)上，
其特征在于，空心轴(19a)能够独立于透镜(12)地旋转。
2.根据权利要求1所述的激光工具(100)，其特征在于，所述激光工具(100)具有在光路中布置在激光源(10)之后的准直器(11)，所述准直器能够借助驱动装置(15)平行于激光束(10a)移动。
3.根据权利要求1所述的激光工具(100)，其特征在于，所述驱动装置(15)是电驱动装置、尤其是伺服马达、液压的驱动装置或者气动的驱动装置。
4.根据前述权利要求之一所述的激光工具(100)，其特征在于，所述准直器(11)与透镜管(18)连接。
5.根据前述权利要求之一所述的激光工具(100)，其特征在于，所述驱动装置(15)具有外部的位置传感器。
6.根据前述权利要求之一所述的激光工具(100)，其特征在于，所述驱动装置(15)具有用于根据至少一个能预设的参数控制准直器(11)的移动的控制装置。
7.根据前述权利要求之一所述的激光工具(100)，其特征在于，至少一个参数是准直器(11)朝光学装置(14)的方向的进给或者是所述准直器朝激光源(10)的方向的进给。
8.根据前述权利要求之一所述的激光工具(100)，其特征在于，所述激光工具(100)具有至少一个下部止挡(16)和/或上部止挡(17)，所述下部止挡和/或上部止挡限制准直器(11)的移动。
9.根据前述权利要求之一所述的激光工具(100)，其特征在于，所述光学装置(14)是转向棱镜或者镜面(28)。
10.根据前述权利要求之一所述的激光工具(100)，其特征在于，所述激光工具(100)具有调节单元，所述调节单元根据传感器的信号调节准直器(11)的移动。
11.一种用于调节激光工具(100)中的激光束(10a)的焦点位置的方法，所述激光工具具有用于产生激光束(10a)的激光源(10)和用于产生来自所述激光源(10)的激光束(10a)的平行走向的准直器(11)，所述激光束导引通过透镜(12)，其中，所述透镜(12)布置在能旋转的丝杠(13)内，其中，在丝杠(13)的背离激光源(10)的端部上固定有用于将激光束(10a)偏移至工件表面(30)上的光学装置(14)并且准直器(11)能够借助驱动装置(15)平行于激光束(10a)移动，其中，借助控制准直器(11)的移动的控制装置预设至少一个参数，其中，准直器(11)根据所述至少一个参数朝光学装置(14)的方向移动或者与光学装置(14)的方向相反地移动。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个参数是准直器(11)朝光学装置(14)的方向的进给或者是所述准直器(11)朝激光源(10)的方向的进给。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述透镜(12)固定地布置在透镜管(18)中，所述透镜管(18)固定在准直器(11)上。
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