CN113795351A - 用于引导激光射束的加工头和包括加工头的激光加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于引导激光射束(75)以加工工件的加工头，并且涉及一种包括加工头(41)的激光处理设备(11)；该加工头具有壳体基体(43)，至少一个射束引导元件(42)能够布置在该壳体基体中，并且该加工头包括至少一个功能模块(55)，该至少一个功能模块能够连接到该壳体基体(43)或者能够插入到该壳体基体(43)中，其中，该壳体基体(43)具有彼此对齐并且围绕该壳体基体(43)的自由内部容积(44)的至少两个基面区段(46，47，48，49，50，51)，其中，这些基面区段(46，47，48，49，50，51)中的至少两个被彼此不同地配置，以用于接纳和/或插入该至少一个功能模块(55)和/或至少一个功能部件(66)。

Description

用于引导激光射束的加工头和包括加工头的激光加工设备
技术领域
本发明涉及一种用于引导激光射束以加工工件的加工头，该加工头包括壳体基体，至少一个偏转镜能够布置在该壳体基体中，并且该加工头包括至少一个功能模块，该至少一个功能模块能够连接到壳体基体或者能够插入到壳体基体中，以及本发明还涉及一种包括用于引导激光射束的加工头的激光加工设备。
背景技术
DE 295 07 189 U1披露了一种用于通过激光射束加工工件的连接头，该连接头包括壳体和插入件，该插入件具有用于使激光射束聚焦的光学聚焦单元，所述插入件能够被侧向地引入到壳体中。所述光学聚焦单元可通过可从外部触及的调整装置相对于插入件移位。如果需要其他光学特性，那么所述插入件使得能够简单地插入和更换光学聚焦单元。
此外，DE 196 28 857 A1披露了一种通过激光射束加工工件的连接头。此实施方式包括带有匣盒的载体单元，该匣盒可在光学聚焦单元的轴向方向上移位。压力空间位于光学聚焦单元与连接头的射束出口之间，处于过压下的工作气体能够被引入到所述压力空间中。载体单元的背离射束出口的那一端部突伸到压力室中，并且载体单元通过压力室中的工作压力保持平衡。
DE 10 2008 048 323 B3披露了一种用于激光加工系统的加工头，该加工头由多个功能模块构成。在准直透镜具有不同焦距的情况下，所述功能模块使得能够对激光加工系统加以适配。所述功能模块能够沿着加工激光射束路径串联在一起并且彼此连接，各个准直透镜为了串联在一起而彼此协调。
在这种激光加工系统的情况下，在激光材料加工期间，越来越多地使用扩展的过程诊断，因此导致对所使用的光学单元的灵活性和模块性的要求增加。
发明内容
本发明是基于提供一种加工头以及一种包括加工头的激光加工设备的任务，该加工头实现稳定且模块化的构造以便接纳用于激光材料加工的光学部件。
此任务是通过一种加工头来实现的，该加工头包括壳体基体，该壳体基体具有彼此对齐并且至少部分围绕壳体基体的自由内部容积的至少两个基面区段，其中，壳体基体的基面区段中的至少两个被彼此不同地配置，以用于接纳和/或插入至少一个功能模块和/或至少一个功能部件。基面区段的这种配置使得可以满足对接口灵活性的要求以及对用于接纳和/或插入功能模块和/或功能部件的模块性的要求。结果，这种加工头可以满足激光材料加工期间的各种要求。
一个这样的功能模块例如可以是具有偏转镜的壳体，通过该偏转镜，激光射束被耦合进或耦合出加工头。一个这样的功能模块也可以是例如具有扫描镜的扫描器块体，该扫描镜的角位置是电子可控的。功能部件可以是例如插入或推入到壳体基体中或固定到该壳体基体上的电控制器或电子部件。例如，可以设置物镜或准直透镜作为另外的功能部件。
加工头的壳体基体具有：至少一个第一壳体基面区段，该至少一个第一壳体基面区段具有用于连接功能模块的接口；和/或至少一个第二基面区段，该至少一个第二基面区段具有用于操纵装置或用于激光加工机的壳体的连接位置；和/或至少一个第三基面区段，该至少一个第三基面区段具有用于将至少一个功能部件插入到壳体基体的内部容积中的凹空。通过这种配置，可以实现提高模块性和灵活性。从尚未处理的壳体基体开始，基面区段可以被特别地引入、并且被适配和构造成用于相应的应用。在此，壳体基面区段可以仅由外周框架形成，该外周框架由相邻的和邻接在其上基面区段的厚度确定。此外，基面区段可以在整个区域上实施，并且可以设置有孔或连接元件。此外，基面区段可以具有凹空。
优选地设置：基面区段、特别是六个基面区段在X、Y和Z方向上形成刚性框架或矩形型材。这使得可以不仅实现各个部件的安全接纳布置，而且当在加工头中接纳光学部件并使其对齐时还实现高精度。
此外优选地设置：基面区段的接口、连接位置和/或凹空具有支承面。所述支承面用于连接功能模块、操纵装置和/或另外的功能部件，并且还用于接纳壳体盖。在插入至少一个功能部件、和/或连接功能模块和/或功能部件和/或壳体盖和/或操纵装置之后，壳体可以完全封闭。布置在加工头的壳体基体中的功能模块、功能部件或诸如此类由此被完全保护免受外部影响。
此外优选地设置：用于接纳密封件的环绕凹槽或密封凹槽设置在基面区段的支承面上和/或设置在功能部件和/或功能模块的壳体盖的支承面上。由此，在将壳体盖、功能部件和/或功能模块固定在壳体上之后，可以提供密封布置以便保护该至少一个光学部件免受污染。
加工头的进一步的有利配置设置：彼此邻接的两个或三个基面区段的相应凹空形成共同凹空。由此，凹空可以在彼此邻接的两个基面的侧边缘上延伸，或者甚至在彼此邻接的三个基面区段的区域上延伸。由此能够改善进入壳体的自由内部容积的可达性。
加工头的另一优选配置设置：壳体基体由实心材料通过材料去除加工而制成。这种壳体的具有成本效益的制造可以特别通过高速材料加工来实现。同时提供了壳体基体的稳定的、特别是整体的配置。
替代性地可以设置：壳体基体由绞扭状
Figure BDA0003337394850000031
矩形型材制成。这可以实现制造时间的进一步缩短。
有利的是，壳体基体和/或壳体盖由轻金属制成。在这种情况下，优选提供铝或铝合金。
本发明所基于的任务另外通过一种激光加工设备来实现，该激光加工设备包括操纵装置和射束源，加工头设置在该操纵装置上，该射束源具有在射束源与加工头之间延伸的射束引导件。加工头包括至少一个射束引导元件，通过该至少一个射束引导元件，激光射束被偏转并定向到待加工的工件上。加工头是根据上述实施方式中的任一种配置的。由此可以实现对激光加工设备的相应配置的灵活适配，从而提供高模块性和接口灵活性。
附图说明
下文将基于附图所展示的实施例更详细地描述和解释本发明及其进一步的有利实施方式和扩展方案。根据本发明，从说明书和附图提取的特征可以自身单独使用，或者以任何组合多个一起使用。在图中：
图1示出了例如用于加工三维部件的激光加工设备的透视图，
图2示出了例如根据图1的用于加工三维部件的激光加工设备的加工头的放大透视图，以及
图3示出了关于图2的加工头的替代性实施方式的透视图。
具体实施方式
图1展示了用于加工工件12的激光加工设备11的示意性侧视图。所述激光加工设备11特别设置用于激光焊接。激光加工设备11包括操纵装置14，该操纵装置上设置有加工头41、特别是焊接头。
操纵装置14被配置为多轴机械手17，该多轴机械手具有固定基座18、转盘19、摇杆20、臂21和手22。在图1中，机械手17的运动可能性由双箭头展示。因此，机械手17具有六个运动轴线。
加工头41附接到机械手17的手22。由射束源15产生的激光射束25通过射束引导件16被馈送到加工头41。优选地，设置激光光导线缆作为射束引导件16。加工头41包括至少一个射束引导元件42。该至少一个射束引导元件可以是功能部件66或功能模块55的一部分。优选地，射束引导元件42可以被配置为光学聚焦单元，该光学聚焦单元在激光加工设备11的运行期间使激光射束25聚焦并将其定向到待加工工件12的加工位置26、特别是焊接位置上。
替代性地，激光加工设备11也可以是用于通过逐层施加的构造材料的选择性固化来构造工件的设备。这些激光加工设备11也被称为3D打印系统、选择性激光烧结机、选择性激光熔化机或者诸如此类。加工头41可以固定在所述激光加工设备11的壳体上。替代性地，加工头41也可以固定在壳体的线性轴线系统上。
在图2中展示了加工头41的透视图。所述加工头41包括壳体基体43，该壳体基体包绕自由内部容积44。所述壳体基体43优选包括彼此对齐的六个基面区段46、47、48、49、50、51。优选地，所述基面区段46、47、48、49、50、51各自相对于彼此成直角对齐。由此，形成了矩形或立方体的壳体基体43。至少两个、优选三个基面区段46、47、48、49、50、51彼此不同。与此可以实现提高壳体基体43的模块性。第一基面区段46例如配置为用于功能模块55的接口54。所述功能模块55例如可以是偏转装置，以便在空间方向上偏转激光射束25，例如以将激光射束25从射束源15引导到壳体基体43的内部。这种接口54可以具有条形或凸缘形基面区段46。基面区段46的支承面56例如可以通过邻接在其上的另外基面区段47、48、49和50的壁厚来配置。由此产生到壳体内部空间的大面积可触及性。在实施例中，基面区段51与具有功能模块55的基面区段46相同地配置。
优选在支承面56中设置有用于固定元件的孔图案。所述固定元件优选为可释放的固定元件，比如螺钉或者诸如此类。可连接到支承面的功能模块55包括互补的孔图案。如果功能模块55不必连接到所述接口54，所述基面区段56可以用板形壳体盖64关闭，如这在图3中示例性地展示的。壳体盖64具有类似于支承面56的孔图案。
第一基面区段46的支承面56优选具有凹槽形式的凹陷部58。周边密封件可以插入到所述凹陷部58中，以便以其形成密封接口54。替代性地，接口54也能够由密封凹槽封闭，也就是说，在支承面56上，例如，存在凹槽形式的凹陷部58，并且在可与其附接的壳体盖64上或者在功能模块55上，设置有配合到凹陷部58中的突出板条(Steg)。
根据图2的壳体基体43的第二基面区段47包括例如用于操纵装置14、特别是操纵装置14的手22的连接位置61。
第三基面区段48包括例如凹空65。这种凹空65可以用于将功能部件66插入到壳体基体43的内部中。在实施例中，所述功能部件66可以是具有至少一个射束引导元件42或偏转镜的扫描器光学单元。这种功能部件66也可以是印刷电路板或电子模块或诸如此类。此外，这种功能装置66也可以是激光射束通过其进入和/或离开的光学单元或透镜、特别是光学聚焦单元。
第四基面区段49与第三基面区段48相对设置。例如，所述第四基面区段可以配置在整个面上。第五基面区段50在第三基面区段48与第四基面区段49之间延伸。所述第五基面区段可以具有任一上述实施方式。
在实施例中，第六基面区段51与第一基面区段46相同地配置。此外，这可以取决于待接纳的功能模块55和/或待插入的功能部件66或待与其附接的功能部件66而不同地配置。
在加工头41的壳体基体43的实施方式中，优选地设置：基面区段46和51在X方向上相同地配置，使得形成了管状壳体基体43。
加工头41的壳体基体43一件式地配置，并且具有稳定且刚性的框架结构。优选地，所述壳体基体43由实心材料铣削而成，或者由预制的、绞扭状的、特别是挤压成型的矩形型材制成。优选使用轻金属，特别是铝或铝合金。
图3展示了关于图2的加工头41的替代的构型。具有自由内部容积44的壳体基体43的构造类似于图2。在此实施方式中例如设置：凹空65从第四基面区段49延伸到第一基面区段46中。由此沿着壳体基体43的侧边缘产生了自由区域，以便将功能部件66插入其中。此外，例如第四基面区段49具有另外的壳体盖64，该另外的壳体盖具有固定在其上的连接元件、特别是电子部件。所述壳体盖64可以固定在基面区段49上。
安装板74作为功能部件66设置在第三基面区段48的下侧，所述安装板接纳另外的功能部件66(比如物镜或透镜)并将其固定到壳体基体43。作为补充，在此实施方式中，在基面区段51上设置有凸缘连接件75，作为用于加工头41与射束源15之间的射束引导件16的另外的功能部件66。因此，所述基面区段51具有用于凸缘连接件75的连接位置61。
类似于图2的实施方式，根据图3的壳体基体43同样包括刚性且稳定的框架结构。壳体基体43的生产和材料的使用相应于图2中的壳体基体43来实现。

Claims (11)

1.一种用于引导激光射束(75)以加工工件的加工头，该加工头包括壳体基体(43)，至少一个射束引导元件(42)能够布置在该壳体基体中，并且该加工头包括至少一个功能模块(55)，该至少一个功能模块能够连接到所述壳体基体(43)上或者能够插入到所述壳体基体(43)中，其特征在于，所述壳体基体(43)具有彼此对齐的至少两个基面区段(46，47，48，49，50，51)，所述至少两个基面区段至少部分围绕该壳体基体(43)的自由内部容积(44)，其中，这些基面区段(46，47，48，49，50，51)中的至少两个被彼此不同地构造，以用于接纳和/或插入该至少一个功能模块(55)和/或至少一个功能部件(66)。
2.根据权利要求1所述的加工头，其特征在于，这些基面区段(46，47，48，49，50，51)、特别是彼此对齐的六个基面区段(46，47，48，49，50，51)形成在X、Y和Z方向上刚性的框架或矩形型材。
3.根据权利要求1或2所述的加工头，其特征在于，至少一个第一基面区段(46)形成用于连接该功能模块(55)或该功能部件(66)的接口(54)，和/或至少一个第二基面区段(47)形成用于操纵装置(62)的连接位置(61)，和/或至少一个第三基面区段(48)包括用于将该至少一个功能部件(66)插入到该壳体基体(43)的内部容积(44)中的凹空(65)。
4.根据权利要求3所述的加工头，其特征在于，该接口(54)、该连接位置(61)和/或该凹空(65)具有用于连接壳体盖(64)和/或该功能模块(55)和/或该功能部件(66)和/或该操纵装置(62)的至少一个支承面(56)。
5.根据权利要求4所述的加工头，其特征在于，在这些基面区段(46、47、48、49、50、51)的支承面(56)中和/或设置在该壳体盖(64)、该功能部件(66)、该功能模块(55)和/或该操纵装置(62)的支承面上设置有用于接纳密封件或形成密封凹槽的环绕凹槽(58)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的加工头，其特征在于，该功能模块(55)和/或该功能部件(66)和/或该壳体盖(64)和/或该操纵装置(62)能够通过可松脱的固定元件与该壳体基体(43)连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的加工头，其特征在于，彼此邻接的两个或三个基面区段(46、47、48、49、50、51)的相应凹空(65)形成了共同凹空。
8.根据前述权利要求中任一项所述的加工头，其特征在于，该壳体基体(43)由实心材料通过材料去除加工而制成。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的加工头，其特征在于，该壳体基体(43)由绞扭状矩形型材制成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的加工头，其特征在于，该壳体基体(43)由轻金属制成，特别是由铝或铝合金制成。
11.一种激光加工设备，包括操纵装置(14)，加工头(41)布置在该操纵装置上，该激光加工设备包括射束源(15)并且包括在该射束源(15)与该加工头(41)之间延伸的射束引导件(16)，该射束引导件包括至少一个射束引导元件(42)，通过该至少一个射束引导元件，该射束源(15)的激光射束(25)被偏转并被定向到待加工的工件(12)上，其特征在于，该加工头(41)如权利要求1至10中任一项所述地构造。
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