CN115297991A - 激光加工工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光加工工具(100)、特别是激光切割工具，该激光加工工具包括加工装置(1)，该加工装置在桥状件(10)上被引导并且具有可移动托架(2)，该可移动托架上布置有加工单元(3)，该加工单元具有加工头(4)，该加工头设计成使得加工头将激光的激光束导向到待加工的工件上，其中，用于供应来自激光光源(16)的激光的挠性纤维线缆(6)连接至加工头(4)，并且加工单元(3)可以相对于可移动托架(2)与加工头(4)一起线性地移动。纤维线缆(6)使用第一固定器件(7)固定至加工单元(3)并且使用第二固定器件(8)固定至可移动托架(2)，其中，该纤维线缆(6)能够自由地移动以实现加工单元(3)相对于可移动托架(2)在第一固定器件(7)与第二固定器件(8)之间于预定引导平面(G)中的线性移动。

Description

激光加工工具
技术领域
激光加工工具用于使用高能量激光来加工工件、例如切割金属板。为此目的，设置加工单元，该加工单元安装在可移动托架上并且该加工单元具有加工头，该加工头产生来自激光的用于加工工件的激光束。为了改变加工头的位置，加工单元可以相对于可移动托架移动。
背景技术
激光通常经由纤维线缆而供应至激光加工工具的加工头。纤维线缆连接至加工头并且纤维线缆使用本身已知的能量链从加工头行进至激光光源，本身已知的能量链还对用于工具的其他操作线进行引导，激光光源将激光发射进入纤维线缆中。
文献WO 2015/086724 A1示出了一种根据权利要求1的前序部分的激光加工工具。在该工具中，纤维线缆经由能量链从可移动的交叉形托架被引导至具有激光头的加工单元，能量链沿竖向方向在交叉形托架上方延伸并且使纤维线缆偏转180°。由于在激光加工工具中纤维线缆具有与其他线相比较大的最小弯曲半径，能量链也具有较大的弯曲半径以及因此具有较大的竖向延伸部和水平延伸部，这扩大了激光加工工具。此外，纤维线缆的长度由于能量链的较大弯曲半径而增加。由于用于引导具有高功率的激光的纤维线缆的长度是有限的，这导致在激光加工工具中纤维线缆布置的灵活性较小并且在加工工具外部的激光源的灵活性较小。
文献US 2010/0147810 A1示出了一种激光切割工具，在该激光切割工具中，激光经由纤维线缆供应至可移动切割头，纤维线缆借助于沿水平方向行进的能量链而偏转。
发明内容
本发明的目的是创造允许纤维线缆以简单且节省空间的方式被引导至加工头的一种改善的激光加工工具和一种相应改善的加工装置。
该目的通过根据权利要求1的激光加工工具和根据权利要求13的加工装置来实现。本发明的进一步改进方案在从属权利要求中限定。
根据本发明的激光加工工具包括具有可移动托架的加工装置，可移动托架上布置有具有加工头的加工单元。加工头设计成使得在激光加工工具运行时加工头将激光的激光束导向到待加工的工件上。激光加工工具优选地为用于对工件以及特别是由金属制成的片材或管状本体进行切割的激光切割工具。在这种情况下，加工头为切割头，切割头的激光束切割相应的工件。
在根据本发明的激光加工工具中，挠性纤维线缆连接至加工单元的加工头以供应来自激光光源的激光。加工单元可以相对于可移动托架与加工头一起线性地移动并且优选地沿竖向方向移动。例如，在纤维线缆中引导来自功率在2kW至20kW范围内的高功率纤维激光的激光。纤维线缆的内径优选地在100μm范围内。在一个实施方式中，在纤维中被引导的激光为短波的、不可见的激光。
根据本发明的激光加工工具的特征在于纤维线缆使用第一固定器件固定至加工单元并且使用第二固定器件固定至可移动托架，其中，纤维线缆能够自由地移动以实现加工单元相对于可移动托架在第一固定器件与第二固定器件之间于预定引导平面中的线性移动。因此，不用设置其他固定器件来将纤维线缆刚性地紧固在第一固定器件与第二固定器件之间。
根据本发明的激光加工工具具有下述优点：纤维线缆在可移动托架与加工单元之间简单且节省空间的引导通过纤维线缆于引导平面中在相应的固定件之间的自由移动性来实现。特别地，纤维线缆的长度可以缩短，并且纤维线缆和相应的激光源的布置的灵活性可以增加。
在优选的实施方式中，纤维线缆在第一固定器件与第二固定器件之间于预定引导平面中以179°的最大偏转被引导。术语最大偏转179°理解为使得下述纤维线缆的延伸方向旋转大约最多179°的角度：所述纤维线缆从第一固定器件与第二固定器件之间(包括这些固定器件)的纤维线缆上的任意点开始沿着纤维线缆的路径至第一固定器件与第二固定器件之间(包括这些固定器件)的任意其他点。因此，纤维线缆可以进一步缩短，这特别地在从10kW起的范围内的高功率激光的情况下极其有利。
在根据本发明的激光加工工具的优选的实施方式中，纤维线缆在第一固定器件与第二固定器件之间于预定引导平面中以120°、特别是100°的最大偏转被引导。换言之，下述纤维线缆的延伸方向旋转了大约最多120°或最多100°或最多90°的角度：所述纤维线缆从第一固定器件与第二固定器件之间(包括这些固定器件)的纤维线缆上的任意点开始沿着纤维线缆的路径至第一固定器件与第二固定器件之间(包括这些固定器件)的任意其他点。这使纤维线缆能够进一步缩短。
在又一优选的实施方式中，仅纤维线缆用第一固定器件和第二固定器件固定。这防止其他线在第一固定器件与第二固定器件之间沿着纤维线缆的延伸干扰纤维线缆。
在又一优选的实施方式中，在激光加工工具的操作位置中、即当工具设置为意在用于工具的操作时，纤维线缆在第一固定器件的位置处大致上沿竖向方向行进以及/或者在第二固定器件的位置处大致上沿水平方向行进。以这种方式，可以实现纤维线缆在可移动托架和加工单元之间特别节省空间的引导。
在又一优选的实施方式中，预定引导平面垂直于桥状件或桥状件的纵向范围延伸。
纤维线缆在预定引导平面中的运动可以以不同的方式实现，这取决于构型。例如，纤维线缆可以具有足够的刚度，使得纤维线缆在预定引导平面中的运动由纤维线缆本身来保证。替代性地或附加地，在优选的变型中，设置有限定预定引导平面的引导器件，以对纤维线缆沿垂直于预定引导平面延伸的方向上的运动进行限制。
在优选的变型中，根据以上实施方式的引导器件包括用于纤维线缆的至少两个平行的止档元件。至少一个止档元件优选地由壁部段形成。替代性地或附加地，至少一个止档元件也可以由一个或更多个杆和/或线形成。
第一固定器件或第二固定器件可以确保纤维线缆以任意方式刚性固定至加工单元或可移动托架。在优选的实施方式中，第一固定器件和/或第二固定器件各自具有用于在相应的固定位置夹持纤维线缆的夹持装置。
在又一优选的实施方式中，本身已知的能量链——该能量链也称为能量引导链或牵引链——设置在可移动托架与加工单元之间。在该能量链中，除了纤维线缆以外的线从可移动托架被引导至加工单元。这些线包括加工单元或加工头的操作所需的线，比如用于供应激光加工所需的压缩空气或气体(例如氮气和/或氧气)的一个或更多个软管和/或用于供应冷却剂或水的一个或更多个管线和/或一个或更多个信号线缆和/或一个或更多个电力线缆。
由于刚才描述的实施方式的能量链不包括具有较大的最小弯曲半径的纤维线缆，所以能量链可以具有明显更小的弯曲半径，这实现了明显更紧凑的结构。能量链优选地布置成使得在激光加工工具的操作位置中，能量链从可移动托架竖向地向上延伸，然后偏转180°并且然后沿竖向方向向下延伸至加工单元中。
在又一特别优选的实施方式中，在激光加工工具的操作位置中，托架以可移动的方式在桥状件上被引导，其中，桥状件能够垂直于托架移动。这实现了加工单元相对于待加工工件的非常灵活的布置。可移动托架可以优选地沿着桥状件沿水平方向移动，并且桥状件也可以垂直于托架的行进路径沿水平方向移动。
除了根据本发明的激光加工工具外，本发明还涉及一种用于这种激光加工工具的加工装置。该加工装置构造成用于在桥状件上被引导并且包括可移动托架、即构造成用于在桥状件上移动的托架。在托架上布置加工单元，该加工单元具有加工头，该加工头设计成使得在使用激光加工工具中的加工装置时，加工头将激光的激光束导向到待加工的工件上，其中，用于供应来自激光光源的激光的挠性纤维线缆连接至加工头，并且加工单元可以相对于可移动托架与加工头一起线性移动。
根据本发明的加工装置的特征在于纤维线缆使用第一固定器件固定至加工单元并且使用第二固定器件固定至可移动托架，其中，纤维线缆能够自由地移动以实现加工单元相对于可移动托架在第一固定器件与第二固定器件之间于预定引导平面中的线性移动。
因此，根据本发明的加工装置构造成作为用于根据本发明的激光加工工具的加工装置而工作。在优选的实施方式中，该加工装置还构造成作为用于根据上述激光加工工具的优选实施方式中的一个或更多个优选实施方式的激光加工工具的加工装置而工作。换言之，只要上述激光加工工具的优选实施方式的特征与加工装置有关，这些特征就可以在加工装置中实现。
附图说明
以下参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。
在附图中：
图1示出了加工装置的示意性立体图，该加工装置安装在根据本发明的激光加工工具的实施方式中，其中，加工头位于第一竖向位置；
图2示出了类似于图1的图示，其中，加工头位于第二竖向位置，该第二竖向位置比图1的第一竖向位置低；以及
图3示出了激光加工工具的示意性立体整体图，图1和图2的加工装置安装在该激光加工工具中。
具体实施方式
以下描述了本发明的变型，该变型使用呈激光切割工具形式的激光加工工具100，激光加工工具100的整体结构可以在图3中看出。激光加工工具用于使用加工装置切割金属板，高能量激光束经由加工装置被导向到金属板上。
图1详细地示出了加工装置，该加工装置整体由附图标记1表示。该装置包括可移动托架2，在此处描述的实施方式中，该可移动托架2设计为交叉形托架或切割托架并且支承加工单元3。与图1中所示的笛卡尔坐标系(Cartesian coordinate system)对应，加工单元3可以借助于致动器系统(未示出)相对于托架2沿竖向z方向移动，如将在以下进一步解释的。托架2布置在桥状件10上，在此处描述的实施方式中，桥状件10代表切割桥状件并且在图1的视图中示出了桥状件的仅部分部段。托架2可以借助于致动器系统(未示出)沿着该桥状件沿根据所示的坐标系的水平y方向移动。
如从根据图3的激光加工工具的整体视图可以看出的，桥状件10也可以移动，具体地沿所示坐标系的水平x方向、即垂直于托架2的路径移动。为此目的，桥状件布置在框架14上，框架14具有沿y方向延伸的两个支承件15和15'。桥状件位于这些支承件上并且可以使用合适的致动器(未示出)沿着支承件的纵向方向移动。
根据图1，加工单元3包括加工头4，在此处描述的实施方式中，加工头4设计为切割头并且纤维线缆6连接至加工头4，激光经由纤维线缆6供应至加工头。激光源自于由图3中的附图标记16表示的激光光源。在加工头4中具有从激光产生激光束的光学系统，激光经由纤维线缆6被引导进入加工头4中并且该激光被向下导向。待切割的金属板(未示出)——待切割的金属板定位于根据图3中图示的框架14的支承件15与15'之间——在激光加工工具的操作期间位于加工头下方。
除了纤维线缆6外，加工头4以本身已知的方式被供应有加工头4的操作所需的其他线。出于清晰起见没有示出的这些线尤其包括用于动力供应的电线、控制线缆和用于供应切割过程所需的压缩空气和气体的软管。这些线经由本身已知的能量链11相对于纤维线缆6从托架2单独地引导至加工头4。
能量链11沿z方向向上延伸并且也称为Z牵引件。在该链中，上述线缆在大量挠性连杆上被引导。从托架2开始，这些线竖向地向上行进到Z牵引件中，Z牵引件使这些线偏转180°，并且然后引导这些线竖向地向下进入加工单元3的壳体5中，该壳体位于加工头4上方。能量链11在加工头4或加工单元3相对于托架2移动时使在能量链11中引导的这些线能够通过改变这些线的弯曲位置而移位。
与此处描述的实施方式相反，在常规加工装置中，纤维线缆6与其他线一起经由能量链11供应至加工头4。此处不利的是，纤维线缆通常具有比在能量链中引导的其他线明显更大的最小弯曲半径。因此，能量链11的弯曲半径必须设置成纤维线缆的相对较大的最小弯曲半径，这增加了能量链的竖向扩展。因此，通常设置的机器顶部必须布置在更高的高度处，这需要增加成本。另外，纤维线缆在Z牵引件中的引导导致该线缆的长度更长。由于对于加工头4的正确操作而言必须不能超过特定纤维线缆长度，所以用于设计纤维线缆的铺设的范围以及因此激光光源的位置——因为用于具有高功率的激光传输的纤维长度有限——受到限制。另外，更长的纤维线缆导致制造成本增加。由于在Z牵引件中不存在纤维，因此Z牵引件可以制得更小，如上所述，这导致Z牵引件中引导的所有线缆和/或软管缩短。这可以节省额外的成本。
为了消除以上问题，在此处描述的实施方式中，纤维线缆6单独地从Z牵引件11被引导至加工头4。从加工头4开始，纤维线缆最初沿水平y方向行进离开加工头4并且然后在纤维线缆借助于第一固定器件7刚性固定至加工单元3的壳体5之前弯曲180°，第一固定器件7仅示意性地表示。本身已知的紧固元件可以用作固定器件7；例如，可以设置夹持装置。线缆然后从第一固定器件7被引导至第二固定器件8，第二固定器件8也仅示意性地表示并且可以例如再次由夹持装置实现。第二固定器件8设置在托架2上并且因此确保纤维线缆刚性附接至托架。
图1的加工装置的基本特征是纤维线缆6能够在第一固定器件7与第二固定器件8之间自由移动，而无需进一步的固定并且特别地无需与所示坐标系的x-z平面平行的引导平面G中的能量链。以该方式，纤维线缆在加工单元3相对于托架2的竖向移位期间的运动是可能的。然而，为了避免纤维线缆在托架2沿y方向快速移动时不希望的运动，纤维线缆在固定器件7与固定器件8之间的运动在引导器件9和9'的协助下是受限的，引导器件9和9'在此处描述的实施方式中代表两个平行壁部段。引导器件形成止档元件，纤维线缆在止档元件之间从固定器件7延伸至固定器件8。引导器件是托架2的一部分并且依次在与所示坐标系的x-z平面平行的平面中平行于彼此延伸。固定器件8位于引导器件9的上部边缘的后方区域中。
为了保护纤维线缆6，在加工头4和壳体5的左侧还设置有包覆件。该包覆件对纤维线缆的在纤维线缆从加工头4至引导器件9和9'的路径上的部分进行覆盖。包覆件可以在图3中看到并且在图中由附图标记12表示。为了使线缆引导可见，在图1和图2的图示中省略了包覆件。
在图1中，加工单元3或加工头4相对于托架2布置在第一上部竖向位置。在切割过程期间或借助于加工头发射激光期间，加工单元3与加工头4一起向下移动进入第二下部竖向位置，这在图2中指示。如可以在该图中看出的，加工头4现在位于桥状件10下方，在图1的位置中不是这种情况。加工单元3的竖向运动通过合适的致动器和加工单元在托架4上的竖向引导而成为可能。
加工单元3进入图2的位置中的竖向运动导致第一固定器件7向下位移，这又导致纤维线缆6在两个固定器件7与8之间的拉伸。因此，纤维线缆在固定器件之间的自由运动可以对两个固定器件之间的距离变化进行补偿。在图2中通过虚线表示的线缆图示了纤维线缆6在引导器件9与9'之间的延伸。
根据图1和图2的实施方式，固定器件7和固定器件8将纤维线缆6以使得纤维线缆6在固定器件8的位置处沿水平方向行进并且在固定器件7的位置处沿竖向方向行进的方式来固定。以这种方式，实现了纤维线缆6以明显小于180°的角度偏转。换言之，下述纤维线缆6的延伸方向旋转了大约明显小于180°的角度：所述纤维线缆从固定器件7与固定器件8之间的纤维线缆上的任意点开始沿着纤维线缆的路径至固定器件7与固定器件8之间的任意其他点。以这种方式，在托架2与加工头4之间可以形成较短的线缆引导。
图3以示意性图示再次示出了激光加工工具100的整体结构，激光加工工具100包括上述加工装置1。在图3的图示中，以立体图示出了激光加工工具，该立体图图示了沿着桥状件10和框架14的线缆引导。根据该立体图，加工装置1定位在桥状件10后面并且由此被部分地覆盖。因此，从图3中看不到位于桥状件10后面的加工头4。然而，可以看到壳体5的一部分以及Z牵引件11和引导器件或壁部段9，纤维线缆的运动受引导器件或壁部段9限制。另外，可以看到包覆件12，纤维线缆的一部分位于包覆件12中。为了图示的清楚起见，图3中既没有示出纤维线缆也没有示出其他线。
根据图3，纤维线缆经由固定器件8后面的槽13离开托架2，固定器件8在图3中没有示出。然后纤维线缆弯曲成使得纤维线缆进入能量链17，该能量链17沿水平y方向延伸并且也称为Y牵引件。经由Z牵引件11到达加工头4的其他线也以本身已知的方式在该能量链内被引导。能量链17确保了接纳在能量链17中的线或线缆在托架2移动时被进给。线缆从Y牵引件经由本身已知的线缆通道——该线缆通道此处没有更详细地解释——通过至另一能量链18，该能量链18也称为X牵引件并且确保能量链18中包括的线缆在桥状件10沿x方向移动时被进给。在离开X牵引件之后，线缆根据线缆的功能被引导至用于控制激光加工工具的控制柜19或者被引导至上面已经提及的激光光源16。该线缆引导在图3中没有示出并且也与本发明无关。
上述本发明的实施方式具有很多优点。特别地，通过将纤维线缆单独地引导至加工头来考虑下述事实：纤维线缆的最小弯曲半径比经由Z牵引件到达加工头的其他线的最小弯曲半径明显要大。因此，可以在该牵引件不引导纤维线缆时通过使Z牵引件的弯曲半径减小来降低Z牵引件的竖向高度。另外，通过适当地将纤维线缆固定在加工单元或者托架上的两个固定点处，线缆可以偏转小于180°，这实现了更短的线缆长度。这进而产生更低的成本以及在线缆引导和激光源的定位中更大的设计自由。
附图标记列表：
100 激光加工工具
1 加工装置
2 可移动托架
3 加工单元
4 加工头
5 壳体
6 纤维线缆
7 第一固定器件
8 第二固定器件
9,9' 引导器件
10 桥状件
11 Z牵引件
12 包覆件
13 槽
14 框架
15,15' 框架支承件
16 激光光源
17 Y牵引件
18 X牵引件
19 控制柜
G 引导平面

Claims (14)

1.一种激光加工工具、特别是激光切割工具，所述激光加工工具包括加工装置(1)，所述加工装置(1)在桥状件(10)上被引导并且具有可移动托架(2)，所述可移动托架(2)上布置有加工单元(3)，所述加工单元(3)具有加工头(4)，所述加工头(4)设计成使得所述加工头(4)将激光的激光束导向到待加工的工件上，其中，用于供应来自激光光源(16)的所述激光的挠性纤维线缆(6)连接至所述加工头(4)，并且所述加工单元(3)能够相对于所述可移动托架(2)与所述加工头(4)一起线性地移动，
其特征在于，
所述纤维线缆(6)使用第一固定器件(7)固定至所述加工单元(3)并且使用第二固定器件(8)固定至所述可移动托架(2)，其中，所述纤维线缆(6)能够自由地移动以实现所述加工单元(3)相对于所述可移动托架(2)在所述第一固定器件(7)与所述第二固定器件(8)之间于预定引导平面(G)中的线性移动。
2.根据权利要求1所述的激光加工工具，其特征在于，所述纤维线缆(6)在所述第一固定器件(7)与所述第二固定器件(8)之间于所述预定引导平面(G)中以179°的最大偏转被引导。
3.根据权利要求2所述的激光加工工具，其特征在于，所述纤维线缆(6)在所述第一固定器件(7)与所述第二固定器件(8)之间于所述预定引导平面(G)中以120°、特别是100°的最大偏转被引导。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的激光加工工具，其特征在于，仅所述纤维线缆(6)用所述第一固定器件(7)和所述第二固定器件(8)来固定。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的激光加工工具，其特征在于，在所述激光加工工具(100)的操作位置，所述纤维线缆(6)在所述第一固定器件(7)的位置处大致上沿竖向方向行进以及/或者在所述第二固定器件(8)的位置处大致上沿水平方向行进。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的激光加工工具，其特征在于，所述预定引导平面(G)垂直于所述桥状件(10)延伸。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的激光加工工具，其特征在于，设置有限定所述预定引导平面(G)的引导器件(9，9')，以对所述纤维线缆(6)沿垂直于所述预定引导平面(G)延伸的方向的运动进行限制。
8.根据权利要求7所述的激光加工工具，其特征在于，所述引导器件(9，9')包括用于所述纤维线缆(6)的至少两个平行的止挡元件。
9.根据权利要求8所述的激光加工工具，其特征在于，至少一个止挡元件由壁部段形成以及/或者至少一个止挡元件由一个或多个杆和/或线形成。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的激光加工工具，其特征在于，所述第一固定器件(7)和/或所述第二固定器件(8)各自具有用于夹持所述纤维线缆(6)的夹持装置。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的激光加工工具，其特征在于，在所述可移动托架(2)与所述加工单元(3)之间设置能量链(11)，其中，在所述能量链(11)中，除了所述纤维线缆(6)以外的线从所述可移动托架(2)被引导至所述加工单元(3)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的激光加工工具，其特征在于，所述托架(2)以可移动的方式在所述桥状件(10)上被引导，其中，所述桥状件(10)能够垂直于所述托架(2)移动。
13.一种用于激光加工工具的加工装置，其中，所述加工装置(1)构造成用于在桥状件(10)上被引导并且包括可移动托架(2)，所述可移动托架(2)上布置有加工单元(3)，所述加工单元(3)具有加工头(4)，所述加工头(4)设计成使得在使用所述激光加工工具(100)中的所述加工装置(1)时，所述加工头(4)将激光的激光束导向到待加工的工件上，其中，用于供应来自激光光源(16)的所述激光的挠性纤维线缆(6)连接至所述加工头(1)，并且所述加工单元(3)能够相对于所述可移动托架(2)与所述加工头(4)一起线性地移动，
其特征在于，
所述纤维线缆(6)使用第一固定器件(7)固定至所述加工单元(3)并且使用第二固定器件(8)固定至所述可移动托架(2)，其中，所述纤维线缆(6)能够自由地移动以实现所述加工单元(3)相对于所述可移动托架(2)在所述第一固定器件(7)和所述第二固定器件(8)之间于预定引导平面(G)中的线性移动。
14.根据权利要求13所述的加工装置，其特征在于，所述加工装置(1)构造成作为用于根据权利要求2至11中的任一项所述的激光加工工具(100)的加工装置(1)而工作。
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