CN110695541A - 用于在停放位置中容纳光学工具的工具组件和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在停放位置中容纳光学工具的工具组件和方法。用于在停放位置中逐段地容纳光学工具(10,20)的工具组件(100)具有光学工具(10)且具有壳体(40)，该壳体带有适合用于在壳体内腔(41)中逐段地容纳光学工具的开口(42)，带有与壳体导引流体地相连接的壳体导出部(43)，以及带有布置在壳体(40)的开口(32)处的密封圈(50)，其中，密封圈(50)具有用于适配密封圈的可变填充体积的引导流体的管路(51)。

Description

用于在停放位置中容纳光学工具的工具组件和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在停放位置中逐段地容纳光学工具的工具组件(Werkzeuganordnung)，其具有光学工具且具有壳体，壳体带有适合用于在壳体内腔中逐段地容纳光学工具的开口，带有与壳体相连接的导引流体的壳体导出部(Gehaeuseableitung)，并且带有布置在壳体的开口处的密封圈(Dichtmanschette)；以及一种用于在停放位置中逐段地容纳光学工具的方法。
背景技术
激光束切割设备被应用于不同的技术领域中且能够以精确性和自动化可能性出众。这样的激光束切割设备除了控制单元通常具有用于使工具区段相对于工件对齐的机械装置。工具区段例如可以是激光内部加工工具，其在端侧具有用于使激光束转向和聚焦的镜头(Spiegelkopf)。
在激光内部加工工具处在镜头中的激光光学器件易于受污染。如果污物到达镜头中的激光出口孔中，污物可使激光束偏转并且引起在工件加工中的质量问题以及在镜头或工件区段处的损坏。
当激光束切割设备在停止状态中时，将压缩空气或氮气持续地从激光出口孔导出。由此可防止污物到达镜头。
压缩空气通常不具有足够的洁净度，由此仅通过压缩空气流动新的污染物可到达激光光学器件或激光出口孔。另外，已知通过激光出口孔将氮气导出的可能性。氮气被用作过程气体(Prozessgas)且在设备停止状态中也可供使用。然而要求在氮气流出时设备抽吸部(Anlagenabsaugung)是在运行中，因为否则对于在激光束切割设备的周围环境中的人员存在生命危险。在此有问题的是，设备抽吸部(即使在较长的停止时间(例如工厂假期)中也必须持续地处于运行中。
作为一种另外的解决可能性已知由工作人员手动地遮住(abkleben)激光出口孔。然而在此有问题的是，在带有经常性的较短的停止时间的系列过程(Serienprozess)中该方法不能可靠地执行。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于在停放位置中成本高效地、可靠地、可自动化地停放工具区段的工具组件和方法。该目的通过在权利要求1中和在权利要求7中所说明的特征来实现。本发明的另外的有利的设计方案在从属权利要求中来说明。
根据本发明的一方面，提供一种用于在停放位置中逐段地容纳光学工具的工具组件。工具组件具有光学工具和壳体。在壳体中引入开口，其适合用于至少逐段地在壳体内腔中容纳光学工具。另外，壳体具有与壳体内腔导引流体地相连接的壳体导出部。在壳体的开口处布置有密封圈，其中，密封圈具有用于适配密封圈的可变的填充体积的引导流体的管路。
由此可提供用于容纳工具区段或逐段地容纳光学工具的站(Station)。壳体优选地位置固定地来布置。如果不需要光学工具，可自动或手动地使其行驶至壳体。尤其为此对于工具或工具控制部壳体的开口的位置和工具区段在开口中的沉入深度可以是已知的。
光学工具优选地可以是激光束切割设备，其具有可被限定地运动的带有端侧的镜头的激光枪。激光光束切割设备尤其可设计为激光内部加工工具。
优选地可在壳体中布置有另外的装置和仪器。例如可将用于执行激光功率测量的装置集成到壳体中或者与壳体相连接。
通过开口沉入壳体内腔中的带有镜头或工具区段的激光枪可通过“可膨胀的密封圈”来密封。密封圈布置在壳体的开口的区域中可能自动地改变其体积，为了适配在开口的边缘与工具区段之间的气隙(Luftspalt)。在光学工具的停放位置中可通过密封圈来消除气隙并且因此获得在工具区段与壳体之间的气密的封闭。为了取出或为了在壳体内腔中置入工具区段可通过减小密封圈的填充体积来调节限定的气隙。密封圈优选地经由可手动地或自动操纵的阀与流体管路相连接。流体管路例如可提供压缩空气或氮气。由此可利用通常已存在的气体来填充密封圈的填充体积。备选地可利用液体、例如水或油来填充密封圈的填充体积。
在光学工具的停放位置中壳体腔可通过密封圈来气密地闭塞。通过例如以氮气灌注壳体内腔，可将空气和可能的污物从壳体内腔中挤出。空气可经由壳体导出部逸出或在低压的产生下被抽吸。壳体导出部可与单独的抽吸部或工具侧的设备抽吸部(Anlagenabsaugung)导引流体地相联接。
在限定的时间之后或在达到限定的氮气浓度之后可中断气体的供给并且封闭抽吸口。因此，光学工具、例如带有敏感的激光出口孔的激光光学器件可留在清洁的且封闭的空间中。也可使用其他气体用于灌注壳体内腔或用于调节密封圈的填充体积。例如可应用氦气、纯氧、氩气等。
这样的壳体可无成本耗费地自动地容纳带有敏感的镜头的工具区段。由此可实现保存工具区段的成本有利的且过程可靠的可能性。在较长的停止时间中通过根据本发明的布置没有危险气体流到光学工具的周围环境中。在此可关断光学工具的设备抽吸部。
如果在壳体的开口的边缘与被逐段地容纳的光学工具之间的间距可通过密封圈密封，光学工具最佳地可布置在壳体内腔中且接着被气密地密封。
通过由可柔性材料制成的密封圈，可有效地且以较少的能量耗费来实现密封圈的填充体积的改变。尤其可通过这样的密封圈来容纳不同地设计的工具区段且补偿在工具区段与开口的边缘之间的变化的气隙。
如果壳体的开口设计成圆形且密封圈沿着壳体的圆形开口的周缘来布置，壳体可在技术上特别简单地且便宜地来制造。
如果用于维持壳体内腔中的洁净度的流体可从光学工具的流体供给部(Fluidzufuhr)和/或经由壳体供应管路(Gehaeusezuleitung)导入壳体内腔中，可有效地移除在壳体内腔中的污物。
根据一实施例，工具组件具有功率测量装置，其布置在壳体中用于检查光学工具的功能。由此，除了逐段保存光学工具的可能性之外，可提供附加的检测站用于监控光学工具的激光功率。例如可在光学工具重新开工之前执行激光功率测量。备选地，可在壳体中停止或停放光学工具之前执行激光功率测量。如果激光功率测量应结束且工具区段或激光枪须保持在停放位置中，氮气仍流出直到壳体内腔被灌注且污物颗粒经由壳体导出部被抽吸。
如果通过功率测量装置可测量光学工具的实际值与额定值的偏差，激光功率测量可在技术上简单地且可靠地来执行。
根据一实施形式，功率测量装置具有控制单元用于执行评估和用于测定对于利用光学工具的指示。由此，带有功率测量装置的工具组件可提供附加的指示和功能。在识别出额定目标值(Sollvorgabe)与光学工具功率的所测得的实际值的偏差的情况下，可将控制部中的指示可视化或者发出到用户处。例如可通过控制单元产生消息“拧下镜头”。控制单元可附加地识别出是否镜头被拧下或更换，并且接着可执行另外的测量。由此可使误差分析简化。尤其可通过功率测量装置确定污染的地点。如果在换镜头之后可消除实际值与额定值的偏差，则在光学工具的镜头的区域中存在污染或损坏。如果实际值继续偏离于额定值，则光学路径的污染或损坏存在于光学工具的其他区域中。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在停放位置中逐段地容纳光学工具的方法。在一步骤中穿过壳体的开口将光学工具的区段放置在壳体内腔中。接着填充体积可变的、布置在壳体的开口的边缘处的密封圈，直到流体密封地充填在逐段地布置在开口处的工具于壳体的开口的边缘的之间的间距。在开口通过密封圈密封之后，经由布置在光学工具和/或壳体中的供应管路将扫气(Spuelgas)导入壳体内腔中，直到在壳体内腔中达到扫气的额定浓度或者过去一时间间隔。
通过根据本发明的方法能够实现用于停放光学工具的可靠的、全自动的且成本有利的解决方案。因此能够有效地保护光学工具的敏感区域、例如镜头不受污染。尤其可使扫气的消耗最小且在光学工具的停止状态期间使工具的抽吸设备解除激活或以减小的功率来运行。
例如对于任何光学工具可提供壳体作为停放位置。备选地，多个光学工具也可互相分享一壳体，其中，相应的壳体可具有多个开口，其带有用于容纳不同光学工具的工具区段的密封圈。例如，利用该单元可保护任何光学激光头不受污染。备选地，也可放弃激光功率测量并且仅为镜头提供停放站。镜头也可以是棱镜头。此处作为光学偏转部使用的不是反射镜(Spiegel)、而是棱镜。
如果壳体内腔中的压力有间隔地通过功率测量装置或通过壳体传感器来检查并且通过扫气的供给来调节，工具区段即使在较长的停止时间中也能特别可靠地被停放在壳体内腔中。由此可防止可能受污染的空气侵入壳体内腔中。尤其可相对于光学工具的周围环境在壳体内腔中设立略微的过压，以便主动阻止污染物的侵入。
如果在将光学工具从停放位置激活到活动位置中时将在壳体内腔中存在的扫气经由与壳体导引流体地相连接的壳体导出部导出，可从停放位置中特别经济且可靠地来运行光学工具。尤其可防止扫气不受控制地逸出到光学工具的周围环境中并且防止由此造成的人员危险。
为了能够无损坏地将布置在壳体内腔中的工具区段取出，在将光学工具从停放位置激活到活动位置中时减小体积可变的密封圈的填充体积。通过密封圈的卸载在开口的边缘与工具区段之间产生气隙，其使工具的取出容易。
根据该方法的一实施例，在激活光学工具之前通过功率测量装置来执行光学工具的功率测量。由此可在开工之前确保光学工具的最佳的功能有效性。
附图说明
接下来根据附图来详细阐述本发明的实施例。其中：
图1显示了光学工具的透视图，
图2显示了光学工具的镜头的剖视图以及
图3显示了根据本发明的一实施形式在停放位置中的工具组件的透视图。
附图标记清单
10 光学工具/激光内部加工工具
11 固定板
12 工具的上端
13 用于激光的固定装置
14 工具的下端
20 工具区段
21 鼻嘴/激光枪
22 镜头
23 柱状成形的联接区域
24 螺栓
25 激光入口孔
26 反射镜
27 激光出口孔
30 工件
40 壳体
41 壳体内腔
42 开口
43 壳体导出部
44 壳体传感器
45 开口的边缘
50 密封圈
51 导引流体的管路
52 流体提供设备
60 设备抽吸部
70 功率测量装置
71 测量头
72 控制单元
100 工具组件
L 激光束
V 竖直方向
A 间距。
具体实施方式
图1以透视图示出光学工具10。光学工具10根据一实施例实施为激光内部加工工具10。
光学工具10布置在可受限地运动的固定板11处并且设计成长形。在光学工具10的在竖直方向V上的上端12处布置用用于未示出的激光的固定装置13。
在光学工具10的在竖直方向V上下端14布置有工具区段20。工具区段20具有可更换的鼻嘴(Ruessel)21和在端侧布置在鼻嘴21或激光枪21处的镜头22。鼻嘴21成型成柱状且具有外部轮廓，其无缝地过渡到镜头22的轮廓中。
从上端12耦入光学工具10中的激光束L可通过鼻嘴21被引导到镜头22中。在镜头22中接着可使耦入的激光束L转向到工件30上以加工工件30。
在图2中示出光学工具10或工具区段20的镜头22的剖视图。
镜头22具有柱状成形的联接区域23用于镜头22形状配合地固定在鼻嘴21处。镜头22优选地可经由螺栓24与可更换的鼻嘴21相连接。
在联接区域23中在镜头22中布置有激光入口孔25。通过激光入口孔25可使激光束L转向到可更换的镜26上并且向激光出口孔27的方向偏转。箭头说明了激光的光路。污物颗粒可通过激光出口孔27侵入镜头22中并且妨碍激光束L的传输。
根据该实施例通过激光出口孔27可将氮气导出，以防止污物颗粒侵入。
图3显示了根据本发明的一实施形式在停放位置中带有光学工具10的工具组件100的透视图。
工具组件100具有带有壳体内腔41的壳体40。壳体40用作对工具区段20的可完全密封的装入部。在壳体40的区域中引入开口42。在开口42的边缘45处布置有密封圈50。工具区段20至少局部地在停放位置中通过开口42伸入壳体内腔41中。
密封圈50完全遮盖开口42的边缘45且实施成可膨胀。为此，密封圈50经由导引流体的管路51与流体提供设备52相连接。因此，密封圈40可在需要的时候以流体来填充或排空。在所示的实施例中密封圈50以流体来填充，由此壳体40在开口42的区域中气密地密封。
另外，壳体40具有壳体导出部43，其与壳体内腔41导引流体地相联结。壳体导出部43与设备抽吸部60相连接，由此在需要时能够以低压来加载壳体导出部43以导出被污染的空气。
壳体内腔41可通过激光出口孔27以氮气来充填。由此对于镜头22的安置可提供造最佳的边界条件，其阻止镜头22受污染。为了确定壳体内腔41的最佳填充度并且为了控制通过激光出口孔27的氮气供给，在壳体40处安装有用于测量氮气浓度的传感器44。
在壳体40中另外布置有功率测量装置70。功率测量装置70在此设计为带有用于探测激光束L的辐射功率的测量头71的激光功率测量装置。例如，测量头71可以是热力学的测量探针。测量头71与功率测量装置70的控制单元72相连接并且可由控制单元72来评估。尤其可在工具区段20从壳体40中移除之前或者在工具区段20定位在壳体40中之后不久来执行功率测量。

Claims (10)

1.一种用于在停放位置中逐段地容纳光学工具(10)的工具组件(100)，其具有光学工具(10)且具有壳体(40)，所述壳体(40)带有适合用于在壳体内腔(41)中逐段地容纳所述光学工具(10)的开口(42)，带有与所述壳体(40)导引流体地相连接的壳体导出部(43)，以及带有布置在所述壳体(40)的开口(32)处的密封圈(50)，其特征在于，所述密封圈(50)具有用于适配所述密封圈(50)的可变填充体积的引导流体的管路(51)。
2.根据权利要求1所述的工具组件，其中，在所述壳体(40)的开口(42)的边缘(45)与被逐段地容纳的所述光学工具(10)之间的间距(A)通过所述密封圈(50)能够密封，其中，所述密封圈(50)优选地由柔性材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的工具组件，其中，所述壳体(40)的开口(42)设计成圆形且所述密封圈(50)沿着所述壳体(40)的圆形开口(42)的周缘来布置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的工具组件，其中，用于维持所述壳体内腔(41)中的洁净度的流体能够从所述光学工具(10)的流体供给部(27)并且/或者经由壳体供应管路导入所述壳体内腔(41)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的工具组件，其中，所述工具组件(100)具有功率测量装置(70)，其布置在所述壳体(40)中用于检查所述光学工具(10)的功能，其中，优选地通过所述功率测量装置(70)能够测量所述光学工具(10)的实际值与额定值的偏差。
6.根据权利要求5所述的工具组件，其中，所述功率测量装置(70)具有用于执行评估和用于测定对于利用所述光学工具(10)的指示的控制单元(72)。
7.一种用于在停放位置中逐段地容纳光学工具(10)的方法，其具有以下步骤：
- 穿过壳体(40)的开口(42)将光学工具(10)的区段(20)放置在壳体内腔(41)中，
- 填充体积可变的布置在所述壳体(40)的开口(42)的边缘(45)处的密封圈(50)，直到流体密封地充填在逐段地布置在所述开口(42)中的所述工具(10)与所述壳体(40)的开口(42)的边缘(45)之间的间距，以及
- 经由布置在所述光学工具(10)和/或所述壳体(40)中的供应管路将扫气引入所述壳体内腔(41)中，直到在所述壳体内腔(41)中达到所述扫气的额定浓度或者过去一时间间隔。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述壳体内腔(41)中的压力有间隔地通过功率测量装置(70)或通过壳体传感器(44)来检查并且通过扫气的供给来调节。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，在将所述光学工具(10)从所述停放位置激活到活动位置中时将在所述壳体内腔(41)中存在的扫气经由与所述壳体(40)导引流体地相连接的壳体导出部(43)导出，其中，优选地在所述光学工具(10)从所述停放位置激活到活动位置中时体积可变的所述密封圈(50)的填充体积被减小。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，在所述光学工具(10)激活之前所述光学工具(10)的功率测量通过功率测量装置(70)来执行。
CN201910618931.0A 2018-07-10 2019-07-10 用于在停放位置中容纳光学工具的工具组件和方法 Active CN110695541B (zh)

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