CN112218736A - 激光加工头和激光加工机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于激光加工工件(2)的激光加工头(4)，包括：绕第一转动轴线(A)可转动支承的第一结构单元(8)，其具有壳体件(8a)；以及在第一结构单元(8)上绕第二转动轴线(B)可转动支承的第二结构单元(9)，用于将激光束(11)定向到工件(2)上。第一结构单元(8)的壳体件(8a)具有用于将导光线缆(15)耦合到激光加工头(4)上的接口(14)，该导光线缆用于输入激光束(11)。本发明还涉及一种激光加工机(1)，包括：工件支承装置(3)，用于在激光加工时在支承平面(E)中支承待加工的工件(2)；以及如上所述的激光加工头(4)，用于对支承在工件支承装置(3)上的工件(2)进行激光加工。

Description

激光加工头和激光加工机
技术领域
本发明涉及一种激光加工头、尤其激光切割头，其包括：绕第一转动轴线可转动支承的第一结构单元，其具有壳体件；以及在第一结构单元上绕第二转动轴线可转动支承的第二结构单元，其用于将激光束定向到工件上。本发明也涉及一种具有这种激光加工头的激光加工机。
背景技术
由EP 1 965 945 B1已知一种扫描头，其具有第一结构单元和用于将激光束定向到工件上的第二结构单元。第一结构单元绕竖直轴线(C轴线)可转动地支承。第二结构单元固定在第一结构单元上并且绕水平轴线(B轴线)可转动地支承。为了激光束在工作区域中进行的扫描运动，在第二结构单元中安装有扫描镜，该扫描镜绕第一轴线是可倾斜的。该扫描镜或另一扫描镜在第二结构单元中布置为绕与第一轴线垂直的第二轴线可转动或可倾斜。在EP 1 965 945 B1中描述的扫描头适合在3D激光加工设备中使用或者适合安装在工业机器人上。通常将经准直的激光束输入扫描头。
除了构造用于工件的三维加工的激光加工机之外，在所谓的2D加工机中也有利的是，使得可以在用于焊接的例如板状的工件中切割已准备的斜边缘。为了实现这一点需要的是，加工束不仅可以垂直于(平面的)工件表面而且也可以与其成直至大约45°角地定向。
为此目的，例如在等离子切割机中已知的是，使得加工头的第一结构单元绕第一轴线(A轴线)转动，并且使得第二结构单元绕不平行于第一轴线定向的第二轴线(B轴线)转动。用于实现这种等离子切割头的不同的运动结构例如在EP 2 584 419 A2、US 8946583B2、WO 2011/052093 A1、US 8395075 B2或EP2 292 361 A1(具有并行运动装置)中描述。
原则上，在具有两个附加的转动轴线的激光切割头或等离子切割头中存在的问题在于，转动驱动器导致在头或工具中心点附近的质量提高，这在头垂直于工件表面定向的直线切割中可能导致(切割)加工的动力显著减小并因此导致生产率显著减小。然而，在待制造的工件零件的零件谱中，相比于以垂直切割制造的工件零件，被倾斜切割的工件零件通常占据明显更小的比例。因此，为了使能够进行倾斜切割的激光切割机获得成功，该激光切割机需要在垂直切割时差不多实现与不具有倾斜切割能力的可比较的激光切割机相同的生产率。
尤其如果通过导光线缆将激光束输入激光切割头，则激光切割头的倾斜姿态可能导致空间需求增加，这消极地影响切割的动力。而且仅具有受限的机械柔性的这种导光线缆由于激光加工头的摆动运动而经受高的机械负荷。
发明内容
本发明基于的任务在于，提供一种激光加工头、尤其激光切割头以及一种具有这种激光加工头的激光加工机，在该激光加工头中，对用于将激光束输入至激光加工头的导光线缆的机械负荷减小。而且应以尽可能紧凑的结构形式实现该激光加工头。
根据本发明，通过开始所述类型的激光加工头来解决该任务，其中，第一结构单元的壳体件具有用于耦合用于将激光束输入到激光加工头中的导光线缆的接口。
通过导光线缆在第一结构单元上的耦合，在第二结构单元定向为倾斜(非垂直)于工件表面的情况下，导光线缆例如在倾斜切割时仅绕第一转动轴线而不绕第二转动轴线转动。因此，在激光束倾斜入射到工件表面上的情况下，导光线缆例如在倾斜切割时仅实施在垂直于第一转动轴线的平面中的运动而无所谓以何种角度。这具有如下优点，即导光线缆的机械负荷减小。
相比于导光线缆的三维运动——如其耦合在第二结构单元上时给出的情况那样，导光线缆在耦合在第一结构单元上时经历更小的机械负荷并且实现高的机械使用寿命，所述机械使用寿命差不多相应于传统的激光加工机(没有附加的转动轴线)中的导光线缆的使用寿命。此外，通过导光线缆的受引导的2维运动，导光线缆的运动对转动轴线的反作用明显小于导光线缆耦合在第二结构单元上的情况。
在一种实施方式中，在壳体件上的接口布置为相对于第二结构单元错开和/或相对于第一转动轴线错开或者说偏心。相反地，在传统的用于倾斜加工的激光切割头中，导光线缆通常耦合在第二结构单元上的接口上，该接口与布置在第二结构单元上的喷嘴或射出开口同轴，激光束通过所述喷嘴或射出开口由加工头朝工件的方向射出。接口在第二结构单元上的这种定位在此处描述的激光加工头中导致：在激光束在工件上直至大约45°的入射角的情况下，导光线缆的运动将需要显著的结构空间。在这种情况下，在工具中心点处小的方向改变会引起导光线缆的具有相应大的加速度或力的大的运动，这将降低导光线缆的机械寿命。
为了接口的偏心布置或错开布置，第一结构单元的壳体件例如可以定向为垂直于第二转动轴线并且在其背向第二转动轴线的端部上具有用于耦合导光线缆的接口。在第二结构单元的基本位置(Grundstellung)中，第一结构单元的壳体件可以在与第二结构单元共同的平面中延伸，在该基本位置中，第二结构单元的纵轴线定向为垂直于第一和第二转动轴线。第二结构单元在该基本位置中关于第二转动轴线而言朝与第一结构单元的壳体件相反的方向延伸。在第二结构单元的自由端部上通常安装有喷嘴，以便将激光束连同工艺气体一起定向到工件上。
用于耦合导光线缆的接口例如可以构造为插口类型，导光线缆的插头被插入该插口中。激光束从导光线缆中或从接口中通常分散地射出并且例如借助布置在壳体件中的准直透镜准直或通过多重透镜装置成形，如其例如在EP2560783B1中描述的一样。
在一种有利的实施方式中，第一转动轴线和第二转动轴线不相交并且优选彼此间具有大于30mm的间距。通过两个转动轴线在空间中间隔开的布置或错开可以实现激光加工头的非常紧凑的结构方式，因为可以将第二转动轴线布置为与用于第一结构单元的转动驱动器间距非常小或与承载构件(滑座)间距非常小，第一结构单元在所述滑座上可转动地支承在激光加工机中。相反地，对于两个转动轴线相交的情况，通常需要将第二转动轴线布置为与承载构件或与转动驱动器间距比较大，以便防止第二结构单元在朝承载构件的方向摆动时与承载构件或与转动驱动器碰撞。
除了激光加工头的使激光加工头的质量最小化的紧凑结构之外，通过两个转动轴线的间隔开的布置还可以实现激光加工头在承载构件附近的刚性附接，即可以将在激光加工头的要运动的质量与承载构件之间的间距保持得小。以这种方式最小化附加的转动轴线对激光加工机的动力的消极影响。
优选地，第一结构单元的第一转动轴线和第二结构单元的第二转动轴线相互垂直。使用两个相互垂直的转动轴线尤其对于转动轴线的控制或调节是有利的，所述两个转动轴线尤其在激光加工头的基本位置中都水平地定向。原则上，如果激光加工头不是固定地布置在机器中，而是在工件上方运动，那么在调节转动轴线时可以进行预控制，以使在垂直切割时通过X和Y轴线运动对转动驱动器的动态反作用所引起的轮廓偏差最小化。以这种方式，即使不可避免根据本发明的激光加工头的较高质量和较低刚性，但仍可以实现与不提供倾斜切割可能性的2D激光加工机相同的动态性能。
可以将激光加工头、更准确地说第一结构单元调节为绕第一转动轴线例如相对于竖直定向(Z方向)倾斜直至大约+/-60°。以这种方式，可以在垂直于第一转动轴线的平面中将具有相应的倾斜切割角的倾斜切割引入到工件中。在此，第一转动轴线可以定向为平行于激光加工机的第一轴线方向(X方向)，激光加工头可以沿着该第一轴线方向在激光加工机中运动。
相应地，在激光加工头的基本位置中，即在第二结构单元相对于工件表面垂直定向的情况下，第二转动轴线可以定向为平行于激光加工机的第二轴线方向(Y方向)，激光加工头同样可以沿该第二轴线方向在激光加工机中运动。可以将激光加工头、更准确地说第二结构单元调节为绕第二转动轴线例如相对于Z方向(重力方向)倾斜直至大约+/-60°，以便在垂直于第二转动轴线(即垂直于Y方向)的平面中以相应的角度在工件中产生倾斜切割。通过第一结构单元绕第一转动轴线和第二结构单元绕第二转动轴线的叠加的摆动使得可以朝任意方向倾斜切割到工件中。
在另一实施方式中，激光加工头具有用于使第一结构单元绕第一转动轴线转动的第一转动驱动器和用于使第二结构单元绕第二转动轴线转动的第二转动驱动器。在这种情况下，第一结构单元可转动地支承在第一转动驱动器上。相应地，第二结构单元可转动地支承在第二转动驱动器上。第二转动驱动器通常与第一结构单元固定连接或者固定在第一结构单元上，因此连同第一结构单元一起绕第一转动轴线转动。
优选地，第一结构单元的壳体件(导光线缆耦合在其上)与第二转动驱动器布置在第二结构单元的相对置的侧上，从而实现相对于第一转动驱动器的转动轴线均匀的质量分布。
可以基于激光加工头的紧凑结构如此选择转动驱动器的最大电机扭矩，使得所述最大电机扭矩一方面提供用于运行转动轴线足够的扭矩，但是另一方面又足够小，使得激光加工头在绕相应的转动轴线转动时在碰撞情况下退让而不导致激光加工头或激光加工机的损坏。以这种方式可以取消重的、结构空间密集的耦联器(Kupplung)。激光加工头的紧凑的结构形式与足够的电机扭矩和转动轴线的刚性附接相结合，允许借助转动轴线实施小且快速的轴线运动，从而可以将两个附加的转动轴线作为附加轴线运行，以便执行快速切割(“rapid cut”)。
第一转动驱动器通常安装在布置在激光加工机中的承载构件上，该承载构件优选在垂直于第一转动轴线的平面中延伸。承载构件例如可以是承载板，其固定在激光加工机的不同滑座上或自身形成可移动的滑座。承载板例如可以在滑座上安装为在Z方向上可移动，所述滑座在导向装置上、例如在跨越工件的门架上在水平方向上以可移动的方式被导向。
在另一实施方式中，第二结构单元具有用于附接至少一个供给线路的另外的接口，其中，所述另外的接口构造为将供给线路定向为相对于第二结构单元的纵向方向成在30°与60°之间的角度。第二结构单元的纵向方向通常与来自第二结构单元的激光束的射出方向一致。为了避免供给线路或所述另外的接口在第二结构单元绕第二方向摆动时与第一转动驱动器或与承载构件碰撞，第二接口或供给线路定向为不平行于第二结构单元的纵轴线，而是相对于第二结构单元的纵向方向成大约30°至60°的角度。
在第二结构单元的基本位置中，第二结构单元的纵向方向定向为垂直于第一转动轴线和第二转动轴线。在第二结构单元的基本位置中，所述另外的接口通常安装在第二转动轴线的背向第一转动驱动器或承载构件的侧上。换句话说，在第二结构单元的基本位置中，所述另外的接口比第二转动轴线距离承载构件或第一转动轴线更远，所述第二转动轴线通常平行于承载构件的平面延伸。
通常通过供给线路将气体输入第二结构单元，该气体可以是氧气、氮气或者气体混合物。通过电气供给线路可以给第二结构单元供电。例如在传感器集成到加工头中的情况下，其他的供给线路和信号线路或数据线路例如对于布置在加工头中的光学元件的间距调节、监控或者对于过程监控是必要的。这些供给线路和其他供给线路可以在共同的能量引导链等中延伸，其中，这些供给线路由例如金属条形式的保护套包围，以便避免由于反射的和/或散射的激光束引起损坏。
通常，激光加工头包括用于将激光束聚焦到工件上的聚焦装置。例如聚焦透镜形式的聚焦装置可以布置在第二结构单元中。替代地，也可以在第一结构单元中实行激光束的全部聚焦或者至少一部分聚焦。
在一种实施方式中，第一结构单元具有第一偏转装置，其构造为将通过第一结构单元的壳体件传播的激光束朝第二转动轴线的轴线方向偏转，使得该激光束与第二转动轴线平行地、尤其同心地延伸。这可以实现第一结构单元的壳体件相对于第二结构单元的紧凑布置和导光线缆从上方的输入。
在另一实施方式中，第二结构单元具有第二偏转装置，其用于将激光束由第二转动轴线的轴线方向朝第二结构单元的纵轴线的方向偏转。由于用于附接导光线缆的接口安装在第一结构单元上而不是第二结构单元上，所以需要借助偏转装置将在从导光线缆中耦合输出之后在自由射束传播中通过激光加工头的激光束朝第二结构单元的纵轴线的方向进行偏转，激光束沿该纵轴线朝工件的方向从第二结构单元中射出。
布置在第二结构单元中的偏转装置例如可以是棱镜或偏转镜，其定向为相对于第二转动轴线并且相对于第二结构单元的纵向方向成45°角，以便将激光束偏转90°。如上所述，例如偏转镜形式的相应的偏转装置可以布置在第一结构单元中，以便将来自垂直于第二转动轴线延伸的壳体件的激光束偏转90°，从而激光束沿第二转动轴线的轴线方向延伸，在所述壳体件上安装有用于耦合导光线缆的接口。
在一种有利的扩展方案中，第一和/或第二偏转装置布置在第二转动轴线上，以便优化激光加工头的质量分布。
本发明的另一方面涉及一种激光加工机、例如激光平板机，其包括：工件支承装置，其用于在激光加工时在支承平面中支承待加工的工件；如上所述地构造的激光加工头，其用于对支承在工件支承装置上的工件进行激光加工。
工件支承装置可以是工件支座、例如带刷的工件台或者用于板状工件的具有支座接片(Auflagestege)的承载板，所述板状工件位置固定地或可移动地布置在工件支座上。但是，工件支座也可以是用于管状工件的操作装置，其为此目的例如可以具有用于夹紧管状工件的可转动的夹盘以及用于支撑管状工件的一个或多个支撑机构。
激光加工机的工件支座尤其可以构造为用于在同一个加工区域中可选择地加工板状或管状工件，如例如在EP 2 377 639B1中描述的那样，该文献通过全文引用而成为本申请的内容。如果激光加工头未布置在管状工件上方，而是相对于该管状工件侧向错开并且朝管状工件的方向摆动，那么相比于未设有附加转动轴线的情况，在这种工件支座下可以加工具有更大直径的管状工件，而不必为此目的增大激光切割头在Z方向上的移动行程。
在上述激光加工机中，在激光加工头上、更准确地说在接口上耦合有导光线缆，以便将来自激光源的激光束或激光辐射耦合到激光加工头中。激光源例如可以是板状激光器、光纤激光器或二极管激光器，但是也可以是适用于产生具有适合在导光线缆中引导的波长的激光束的其他类型激光源。
在一种实施方式中，激光加工机包括：第一运动装置，其用于激光加工头或工件在第一方向(X方向)上的运动；第二运动装置，其用于激光加工头或工件在优选垂直于第一方向的第二方向(Y方向)上的运动。在第一种情况下涉及所谓的飞行光学机器(Flying-Optics-Maschine)，在后者情况下涉及片移动机器(Sheetmover-Maschine)。两种机器方案的组合也是可能的。
在飞行光学机器中的激光加工中，激光加工头在位置固定地支承的工件上方运动并且定位在例如矩形的加工区域内的任意位置上。在这种情况下，第一运动装置可以是以电机驱动方式在加工区域的纵向方向(X方向)上可移动的门架，该门架在横向方向(Y方向)上在整个加工区域上延伸。第二运动装置例如可以是电机驱动的滑座，其被引导为沿门架在第二方向上可移动。应当理解，加工区域的纵向方向和横向方向也可以交换，即X方向可以相应于加工区域的横向方向，而Y方向可以相应于加工区域的纵向方向。
激光加工机可以具有第三运动装置，以便使激光加工头在垂直于工件支座的方向上运动。第三运动装置例如可以是在Z方向上可运动的用于激光加工头的承载构件(承载板)，其安装在沿门架在Y方向上可移动的滑座上。
替代地，第一和/或第二运动装置可以构造为用于工件在工件支座上的运动，例如以具有用于工件的夹钳的、电机驱动的运动单元的形式。
在一种实施方式中，激光加工机包括附加运动装置，其用于激光加工头在第二方向上的运动。在该实施方式中，除了借助第二运动装置实现的在第二方向上的运动之外，激光加工头还可以借助附加运动装置在第二方向上运动。所述附加运动装置通常建造在第二运动装置上，即在激光加工头借助第二运动装置运动时所述附加运动装置一起运动或移动。附加运动装置在第二方向上的附加运动区域通常明显小于第二运动装置的运动区域并且例如可以为不大于约20cm、30cm或40cm。激光加工头借助附加运动装置的运动典型地比借助第二运动装置的运动更高动态。因此，可以将附加运动装置用于通过以下方式提高在切割加工时的轮廓逼真度：将借助附加运动装置的运动叠加到激光加工头借助第一和第二运动装置的运动中。附加运动装置也可以改善和加速工件部分的切出，此外可以实现激光切割头的快速避让运动，以便在例如借助抽吸单元的自动化零件取出时无碰撞地拾起切出的工件部分。
在另一实施方式中，附加运动装置构造为将激光加工头在第二方向上的运动区域相对于第二运动装置在第二方向上的运动区域进行扩展。在该实施方式中，激光加工机通常是飞行光学机器，其中，激光加工头在位置固定地支承的工件上运动。在这种机器中，电机驱动的滑座形式的第二运动装置的运动区域通常在侧向被机器基体限制，该滑座以沿门架在第二方向上可移动的方式被导向。
通常如此选择滑座的运动区域或机器基体的宽度，使得如果激光加工头定向为垂直于工件的上侧，那么该运动区域可以实现工件在其整个宽度上对被激光加工。但是，对于绕第一转动轴线转动第一结构单元的情况，可以将倾斜切割引入到工件中的加工区域变小。滑座形式的第二加工装置的运动区域的扩展并不容易，因为如果门架在侧向上没有延伸超出机器基体，那么滑座在此将在侧向上碰撞在机器基体上。通过附加运动装置可以避免机器基体或门架的开销高的扩宽。
借助建造在第二运动装置上的附加运动装置，可以扩展激光加工头在第二方向上的运动区域，以便工件可以在横向方向上尽可能在其整个宽度上被以倾斜切割来加工。附加运动装置例如可以具有或形成驱动器，该驱动器安装在滑座或激光加工头上并且使得激光加工头可以在第二方向上相对于滑座运动、尤其移动。为了移动，可以在滑座处设置引导轨道并且在激光加工头处设置引导托架(Führungswagen)，反之亦然。为了监控激光加工头的运动，可以将测量系统实现到附加运动装置中。为了借助直线电机形式的驱动器来运动激光加工头，可以设置一个或多个具有永磁体的磁板。
在另一实施方式中，第一转动轴线的轴线方向平行于工件的支承平面延伸并且尤其与第一方向一致。在激光加工头的基本位置中，第二转动轴线的轴线方向与第二方向一致，在该基本位置中，激光加工头使激光束定向为垂直于工件。换句话说，在激光加工头的基本位置中，第一转动轴线的轴线方向平行于X方向延伸并且第二转动轴线的轴线方向平行于加工区域的或激光加工机的Y方向延伸，反之亦然。
附图说明
本发明的其他优点从说明书和附图中得出。同样地，上文所提及的特征和还进一步列举的特征可以各自单独使用或以任何组合以多个形式使用。所示出的和所描述的实施方式不应被理解为穷举，而是更确切地说具有用于本发明的叙述的示例性特性。
附图示出：
图1示出具有激光切割头的激光切割机的一种实施例的示意图，通过导光线缆将激光束输入激光加工头；
图2a、b示出图1的激光切割头在基本位置中的三维图示以及截面图；
图3示出图1的激光切割头在激光切割头的第二结构单元绕第二转动轴线转动时的图示；
图4示出图1的激光切割头在激光切割头的第一结构单元绕与第二转动轴线垂直的第一转动轴线转动时的图示；
图5示出两个转动驱动器以及保持元件的图示，所述转动驱动器用于使图1的激光切割头的第一/第二结构单元绕第一/第二转动轴线转动；
图6示出机器基体的示意图，其在滑座的运动区域的两个端部位置上具有图4的倾斜定向的激光切割头，在所述滑座上安装有激光加工头；并且
图7示出图6的具有用于扩展激光切割头的运动区域的附加运动装置的激光切割头的示意图。
在附图的以下描述中，相同的附图标记用于相同或功能相同的构件。
具体实施方式
图1示出激光平板机形式的激光加工机1的示例性示意结构，其用于切割加工在图1中虚线示出的板状工件2。工件2在加工时放置在工件台或(未详细示出的)工件承载托板3形式的工件支承装置上，所述支承装置形成XYZ坐标系统的XY平面或者说工件的支承平面E。工件台或托板3具有在X方向上延伸的纵向侧以及在Y方向上延伸的横向侧。
在对静止在工件台上或在托板3上的工件2进行加工时，激光切割头4形式的激光加工头在工件2上方在X方向和Y方向上运动。门架5用作用于激光切割头4在X方向上的运动的第一运动装置，该门架跨越工件台或托板3。门架5沿着两个导向装置(未示出)以受控驱动的方式在X方向上可移动，所述两个导向装置在机器基体M上安装在工件台或托板3的侧面。滑座6用作用于激光切割头4在Y方向上的运动的第二运动装置，该滑座在门架5上被支承和导向，并且沿门架5受控地在Y方向上以电机驱动方式可移动。激光切割头4固定在板状的承载构件7上，该承载构件安装在沿Y方向可运动的滑座6上并且受控地以电机驱动方式在Z方向上可移动，以便在Z方向上改变在激光切割头4与工件2之间的间距。
激光切割头4具有第一结构单元8和第二结构单元9。第一结构单元8包括壳体件8a和保持元件8b(参见图5)，并且在承载构件7上绕平行于X方向延伸的第一转动轴线A(参见图2a、b)可转动地支承。为了第一结构单元8绕第一转动轴线A的转动，激光切割头4具有第一转动驱动器10，其固定地安装在承载构件7上。在第一结构单元8上直接地或通过第二转动驱动器13间接地安装有第二结构单元9。第二结构单元9用于将(经聚焦的)激光束11(参见图2b)定向到工件2上。第二结构单元9同样包括壳体件9a以及安装在其上的切割气体喷嘴24，并且在第一结构单元8上绕第二转动轴线B可转动地支承，该第二转动轴线定向为垂直于第一转动轴线A。为了第二结构单元9绕第二转动轴线B的转动，激光切割头4具有第二转动驱动器13。第一结构单元8的壳体件8a和第二转动驱动器13布置在第二结构单元9的相对置的侧上，从而在第一转动驱动器10上实现均匀的重量分布。该布置此外可以实现第二结构单元9在第二转动驱动器13上和在第一结构单元8的壳体件8a上的两侧支承。
在图2a、b中示出的激光切割头4的基本位置(在该位置中第二结构单元9的纵轴线12定向为平行于Z方向)中，第二转动轴线B沿Y方向延伸，即在基本位置中，两个转动轴线A、B水平地定向并且激光束11被垂直地(沿Z方向)定向到工件2上。
如在图1中可见的是，第一结构单元8在壳体件8a上具有接口14，用于耦合导光线缆15，以便将激光束11输入到激光加工4头中，更准确地说输入到第一结构单元8的壳体件8a中。导光线缆15用于输入来自呈固体激光器例如二极管激光器、光纤激光器或板状激光器形式的激光源16的激光束11。
在示出的示例中，导光线缆15的射出侧端部具有插头，该插头可以被插入到以插口形式构造的接口14中。接口14相对于第一转动轴线A偏心地安装在第一结构单元8上，亦即安装在第一结构单元8的垂直于第二转动轴线B沿伸的壳体件8a中。
第一结构单元8通过板状的保持元件8b固定在承载构件7上、更准确地说第一转动驱动器10上，该保持元件在图2b中被垂直于第二转动轴线B延伸的壳体件8a遮盖并且在图5中示出。
如在图2b中可见的是，激光束11从导光线缆15中分散地射出并且由准直透镜17准直。经准直的激光束11在偏转镜18形式的第一偏转装置上从壳体件8a的纵向方向19朝第二转动轴线B的方向偏转90°，该第一偏转装置布置在第一结构单元8的壳体件8a中。
相应地，激光束11通过第二偏转镜20形式的第二偏转装置从第二转动轴线B的轴线方向朝第二结构单元9的纵轴线12的方向偏转90°，该第二偏转装置安装在第二结构单元9的壳体件9a中。安装在第二结构单元9的壳体件9a中的聚焦透镜21用于将激光束11聚焦在工件2的区域中。应当理解，激光束11在激光切割头4中的射束引导不必一定以图2b中示出的方式进行。两个结构单元8、9尤其可以具有与图1和图2a、b中示出的结构形式不同的几何结构。
此外，例如偏转镜18、20之一可以构造为进行聚焦的镜，从而可以省去聚焦透镜21。
如在WO2013144084A1中描述的那样，偏转镜之一可以是可摆动的，以便影响激光束轴线在切割气体喷嘴24内的横向位置。在激光切割头4中同样还可以布置有其他光学元件(透镜、镜、防护玻璃)。此外，激光切割头4通常还具有传感装置组件，其用于调节在切割气体喷嘴24与工件表面之间的间距并且用于监控激光切割头中的光学元件或者用于监控工件2处的加工区域。
第二结构单元9具有在图2a中以图像形式示出的插口形式的另外的接口22，其用于将至少一个供给线路23耦合到第二结构单元9的壳体件9a上。供给线路23例如可以是(柔性)气体输入线路，以便将切割气体输入第二结构单元9，该切割气体连同经聚焦的激光束11通过切割气体喷嘴24的喷嘴开口射出，该切割气体喷嘴布置在第二结构单元9的壳体件9a的工件侧端部上。除了气体输入线路之外，所述另外的接口22例如可以用于将其他流体线路(例如用于冷却水的流体线路)、电气供给线路或信号导线或数据导线耦合到第二结构单元9上。供给线路23可以安置在共同的能量引导链中，该能量引导链具有例如呈保护罩形式的、尤其呈金属板形式的屏蔽件，以便保护供给线路23免受反射的和/或散射的激光辐射。
如在图2a中同样可见的是，所述另外的接口22定向为相对于第二结构单元9的壳体件9a的纵向方向12成大约45°角δ，以便将供给线路23定向为相对于第二结构单元9的纵向方向12成相应的角度。这种倾斜的定向是有利的，以便防止在第二结构单元9绕第二转动轴线B(在下文中结合图3进一步描述)转动时供给线路23与激光切割头的其余构件碰撞，尤其不与第一转动驱动器10碰撞。为此目的，原则上证实为有利的是，所述另外的接口22定向为相对于第二结构单元9的纵向方向12成大约30°与60°之间的角度δ。为此目的也有利的是，所述另外的接口22比第二转动轴线B距离板状的承载构件7或第一转动驱动器10更远，如在图2a示出的示例中的情况。
如尤其在图2a、b中示出的激光切割头4的基本位置G中清晰可见的是，第一转动轴线A与第二转动轴线B不相交，而是第一转动轴线A与第二转动轴线B以间距d彼此间隔，该间距大于30mm，例如可以处于大约50mm与大约100mm之间的数量级中。在图3中，第二结构单元9从基本位置G绕第二转动轴线B朝板状的承载构件7的方向摆动，以便将激光束11朝X方向相对于竖直方向(Z方向)成倾斜切割角β地定向到工件2上，从该图中可以看出，此时，第二结构单元9的超过第二转动轴线B向下突出的部段不与超过板状的承载构件7朝X方向突出的第一转动驱动器10碰撞。因此，通过两个转动轴线A、B之间的间距d，相比于两个转动轴线A、B相交的情况，第二转动轴线B可以布置得在X方向上相对于第一转动驱动器10间隔更小。第二结构单元9可以从基本位置G绕第二转动轴线B旋转大于+/-60°的倾斜切割角β，而不会出现碰撞。
第一结构单元8可以定向为绕第一转动轴线A相对于Z方向成直至大约+/-60°的倾斜切割角α，如在图4中以虚线示出的那样。在第一结构单元8绕第一转动轴线A转动时，导光线缆15仅在ZY平面中运动并且在此在大约90°的比较小的角度范围上摆动，因此仅有微小的机械负荷被施加到该导光线缆上。作为第一结构单元8的替代或补充，如果使第二结构单元9从在图4中示出的竖直基本位置中转动出来(参见图3)，则这不导致导光线缆15的运动。以这种方式，一方面确保导光线缆15的高使用寿命，另一方面降低导光线缆15的运动对两个转动轴线A、B的反作用。
图6示出图1的激光加工机1的机器基体M，在该激光加工机中，门架5在Y方向上的侧向延伸尺度被两个机器侧板(Maschinen-Wangen)限制，在所述机器侧板上形成有用于门架5在X方向上的运动的导向件。在图6中，激光切割头4在Y方向上在两个位置上示出，这两个位置形成滑座6在Y方向上的运动区域25的端部位置。在图6中，运动区域25的端部位置被限定在滑座6的中部，第一转动轴线A通过该中部延伸。在实施竖直切割时激光切割头4位于其基本位置G中，此时滑座6在Y方向上的运动区域25相当于加工区域，在该加工区域上可以对支承在工件台3上的工件2进行加工。在此，如此选择滑座6的运动区域25，使得工件2可以在其在Y方向上的整个宽度上被以竖直切割进行加工。
如果将在图6左侧示出的端部位置上的激光切割头4定向为相对于Z方向成+45°的倾斜切割角α，或者将在图6右侧示出的端部位置上的激光切割头定向为相对于Z方向成-45°的倾斜切割角α，则由于倾斜位置而仅能够在加工区域25a中加工工件3，该加工区域小于滑座6的运动区域25。相应地，工件2无法通过滑座6沿门架5的移动而在其整个宽度上被以倾斜切割来加工。
图7示出激光切割头4，其可以借助附加地用于滑座6在Y方向上的运动的附加运动装置26定位。为此目的，激光切割头4、更准确地说第一转动驱动器10未直接固定在承载构件7上，而是借助附加运动装置26相对于承载构件7并且因此也相对于滑座6在Y方向上可运动。在示出的示例中，激光切割头4或第一转动驱动器10在Y方向上相对于承载构件7的附加运动区域27的延伸尺度为大约400mm，亦即从承载构件7的中部或从第一转动轴线A开始+/-200mm。通过激光切割头4相对于承载构件7的运动，可以扩展滑座6在图6中示出的在Y方向上的运动区域25。激光切割头4的以这种方式扩展的运动区域28从滑座6的左端部位置附加地在负Y方向上延伸大约-200mm，并且从滑座6的右端部位置附加地在正Y方向上延伸大约+200mm。通过激光切割头4在Y方向上扩展的运动区域28，工件2实际上可以在其整个宽度上通过倾斜切割来加工。
在图7中示出的示例中，附加运动装置构造为直线电机26。直线电机26具有磁板29(定子)，其在Y方向上在激光切割头4的整个附加运动区域27上延伸并且与动子30共同起作用，该动子固定在激光切割头4的第一转动驱动器10上。直线电机26的动子30在其运动中在两个在Y方向上延伸的呈导向轨道形式的直线导向件31a、b上被引导。为了监控激光切割头4在Y方向上的运动，可以设置测量系统。为了激光切割头4的紧凑的结构形式，测量系统可以包含在直线导向装置31a、31b之一中。应当理解，用作Y方向上的附加轴线的附加运动装置26不一定构造为直线电机，并且尤其可以以不同于图7所示的方式构成。
在图1中示出的激光切割机1可以构造为不仅用于板状的工件2的切割加工，而且也用于管状的工件的切割加工。为此目的，作为托板3的附加或替代，可以在激光切割头4的加工区域中布置用于管状工件的操作装置，如例如在EP 2 377 639 B1中描述的那样。操作装置通常具有可转动的夹盘以及一个或多个用于支持管状工件的支撑装置。在使用上述激光加工头4时，与没有两个附加的转动轴线A、B的传统激光切割机的情况相比，可以加工具有更大直径的管状工件，而无需为此目的扩大激光切割头4在Z方向上的移动范围、即在示出的示例中承载构件7的移动行程。
在这种情况下，激光加工头4可以相对于管状工件或相对于管状工件横截面在侧向上相邻地布置并且成一个角度地朝管状工件的方向枢转，以便加工该工件。应当理解，也可以将上述激光切割头4用于不同于结合图1所述的激光平板机的类型的激光切割机1中。例如，可以将激光切割头4用于如下激光切割机中，在该激光切割机中，工件2不是静止在托板上，而是在X和/或Y方向上通过工件支座运动；并且可以将该激光切割头用于仅构造为用于切割管状工件的激光切割机中或者用于激光-冲压组合机器中。

Claims (16)

1.一种用于激光加工工件(2)的激光加工头(4)，其包括：
绕第一转动轴线(A)可转动地支承的第一结构单元(8)，所述第一结构单元具有壳体件(8a)；以及
在所述第一结构单元(8)上绕第二转动轴线(B)可转动地支承的第二结构单元(9)，所述第二结构单元用于将激光束(11)定向到所述工件(2)上，
其特征在于，所述第一结构单元(8)的所述壳体件(8a)具有用于耦合上导光线缆(15)的接口(14)，所述导光线缆用于将所述激光束(11)输入到所述激光加工头(4)中。
2.根据权利要求1所述的激光加工头，在所述激光加工头中，所述接口(14)布置为相对于所述第一转动轴线(A)错开和/或相对于所述第二结构单元(9)错开。
3.根据以上权利要求中任一项所述的激光加工头，在所述激光加工头中，所述第一转动轴线(A)和所述第二转动轴线(B)不相交并且优选彼此间具有大于30mm的间距(d)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的激光加工头，在所述激光加工头中，所述第一结构单元(8)的所述第一转动轴线(A)和所述第二结构单元(9)的所述第二转动轴线(B)相互垂直地定向。
5.根据以上权利要求中任一项所述的激光加工头，其还包括：第一转动驱动器(10)，其用于使所述第一结构单元(8)绕所述第一转动轴线(A)转动；以及第二转动驱动器(13)，其用于使所述第二结构单元(9)绕所述第二转动轴线(B)转动。
6.根据权利要求5所述的激光加工头，在所述激光加工头中，所述第一结构单元(8)的所述壳体件(8a)和所述第二转动驱动器(13)布置在所述第二结构单元(9)的相对置的侧上。
7.根据以上权利要求中任一项所述的激光加工头，在所述激光加工头中，所述第二结构单元(9)具有用于至少一个供给线路(23)的另外的接口(22)，其中，所述另外的接口(22)构造为将所述供给线路(23)定向为相对于所述第二结构单元(9)的纵向方向(12)成在30°与60°之间的角度(δ)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的激光加工头，在所述激光加工头中，所述第一结构单元(8)具有第一偏转装置(18)，所述第一偏转装置构造为将所述激光束(11)朝所述第二转动轴线(B)的轴线方向进行偏转。
9.根据以上权利要求中任一项所述的激光加工头，在所述激光加工头中，所述第二结构单元(9)具有第二偏转装置(20)，所述第二偏转装置用于将所述激光束(11)从所述第二转动轴线(B)的轴线方向朝所述第二结构单元(9)的纵轴线(12)的方向进行偏转。
10.根据权利要求8或9所述的激光加工头，在所述激光加工头中，所述第一和/或第二偏转装置(18，20)布置在所述第二转动轴线(B)上。
11.一种激光加工机(1)，其包括：
工件支承装置(3)，其用于在激光加工时在支承平面(E)中支承待加工的工件(2)；以及
根据以上权利要求中任一项所述的激光加工头(4)，其用于对支承在所述工件支承装置(3)上的工件(2)进行激光加工。
12.根据权利要求10所述的激光加工机(1)，其特征在于，所述激光加工头(4)的所述第一转动轴线(A)平行于待加工的工件(2)的支承平面(E)延伸。
13.根据权利要求11或12所述的激光加工机，其还包括：
第一运动装置(5)，其用于使所述激光加工头(4)或所述工件(2)在第一方向(X)上运动；以及
第二运动装置(6)，其用于使所述激光加工头(4)或所述工件(2)在优选垂直于所述第一方向的第二方向(Y)上运动。
14.根据权利要求13所述的激光加工机，其还包括：附加运动装置(26)，其用于使所述激光加工头(4)在所述第二方向(Y)上运动。
15.根据权利要求14所述的激光加工机，在所述激光加工机中，所述附加运动装置(26)构造为将所述激光加工头(4)在第二方向(Y)上的运动区域(28)相对于所述第二运动装置(6)在第二方向(Y)上的运动区域(25)扩展。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的激光加工机，在所述激光加工机中，所述第一转动轴线(A)的轴线方向与所述第一方向(X)一致；并且在所述激光加工机中，在所述激光加工头(4)的基本位置(G)中，所述第二转动轴线(B)的轴线方向与所述第二方向(Y)一致，在所述基本位置中，所述激光加工头(4)使所述激光束(11)定向为垂直于所述工件(2)。
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