ES2212254T3 - Cabezal de trabajo para una maquina laser. - Google Patents

Abstract

CABEZAL OPERATIVO PARA UN EQUIPO LASER QUE COMPRENDE: - UNA BASE (12) MONTADA DE FORMA ROTATIVA ALREDEDOR DEL PRIMER EJE (14) Y QUE TIENE UN PRIMER ESPEJO (16) PARA RECIBIR UN RAYO LASER A LO LARGO DEL PRIMER EJE (14) Y PARA DESVIAR EL RAYO LASER A LO LARGO DE UN SEGUNDO EJE (20) QUE ES ORTOGONAL CON RESPECTO AL PRIMER EJE (14), - UN CUERPO ROTATIVO (22) SOPORTADO POR LA BASE (12) PARA GIRAR ALREDEDOR DEL SEGUNDO EJE (20), Y UN CUERPO EXTREMO (58) QUE TIENE UN SEGUNDO ESPEJO (64) PARA RECIBIR EL RAYO LASER A LO LARGO DEL SEGUNDO EJE (20) Y PARA DESVIAR ESTE RAYO A LO LARGO DE UN TERCER EJE (68). EL CUERPO EXTREMO (58) PUEDE MOVERSE CON RESPECTO AL CUERPO GIRATORIO (22) EN UNA DIRECCION RECTA PARALELA CON EL SEGUNDO EJE (20).

Description

Cabezal de trabajo para una máquina láser.

La presente invención se refiere a un cabezal de trabajo para una máquina láser.

Son ya conocidos los cabezales de trabajo que incluyen una base dispuesta para ser montada de forma que gire sobre un primer eje en un órgano de soporte móvil de la máquina, un cuerpo giratorio montado sobre la base, para que gire sobre un segundo eje ortogonal al primer eje y un cuerpo terminal soportado por el cuerpo giratorio. La base lleva un primer espejo que durante la utilización recibe un haz láser que sigue el primer eje y desvía el haz a lo largo de un segundo eje que coincide con el eje de rotación del cuerpo giratorio. El cuerpo giratorio tiene un segundo espejo que recibe el haz láser a lo largo del segundo eje y desvía el haz a lo largo de un tercer eje hasta unas lentes de enfoque y una boquilla final.

En un cabezal de este tipo fabricado por el mismo solicitante, el cuerpo terminal puede ser desplazado con respecto al cuerpo giratorio, siguiendo una dirección recta paralela a la dirección del haz láser que sale del cabezal. Este desplazamiento del cuerpo terminal permite que se mantenga constante la distancia entre la boquilla y la superficie de la pieza.

Normalmente, la base del cabezal de trabajo está soportada por un órgano desplazable que tiene dos o tres grados de libertad, generalmente realizado con movimientos lineales de traslación a lo largo de dos o tres ejes ortogonales entre sí, y que constituyen los ejes principales de la máquina.

Las máquinas provistas de cabezales de trabajos del tipo anteriormente especificado tienen una velocidad de trabajo reducida al realizar tipos de trabajos de pequeñas dimensiones. De hecho, para desplazar el haz láser siguiendo un camino bi-dimensional contenido en el interior de un pequeño círculo (o sea, de un radio inferior a 20 mm) con un cabezal de trabajo de un tipo conocido, generalmente es necesario mover los ejes principales de la máquina desplazando por consiguiente grandes masas. Esto limita la velocidad de trabajo de la máquina porque las aceleraciones que pueden conseguirse son inversamente proporcionales a las masas que deben ser movidas.

En las máquinas de láser YAG, se conocen diversas soluciones que permiten que el cuerpo terminal se desplace en un campo de reducidas dimensiones sin mover los ejes principales de la máquina. Estas soluciones no pueden ser adaptadas fácilmente a las máquinas láser en las que el haz es guiado siguiendo un camino óptico mediante un pluralidad de espejos. En realidad, en este caso el sistema de transmisión óptica del haz láser limita las posibilidades de movimiento del cuerpo terminal presentando una considerable complejidad, teniendo unas grandes dimensiones y un elevado coste.

El documento US-A-4 892 992 da a conocer un robot láser con una base estacionaria que lleva un primer espejo 22 que recibe un haz láser a lo largo de un primer eje, y desvía el haz láser a lo largo de segundo un eje 34. Un brazo de soporte 36 está montado de forma giratoria sobre la base, cerca del segundo eje 34. Un segundo espejo 45 desvía el haz láser a lo largo de un tercer eje 52. Un brazo 54 está montado en movimiento en traslación a lo largo de su tercer eje 52. El brazo 54 lleva un conjunto de enfoque óptico 64 que incluye un mecanismo de muñeca de dos ejes que tiene un tercer espejo 68.

La solución según la reivindicación 1 se distingue de la técnica anterior de la patente US-A-4 892 992, porque el cuerpo terminal 58 de la reivindicación 1 es desplazable respecto al cuerpo giratorio siguiendo una dirección recta paralela al segundo eje, que es el eje de rotación del cuerpo giratorio. Asimismo, la reivindicación 1 especifica que el cuerpo terminal lleva la boquilla de salida para que el haz láser enfocado salga siguiendo el tercer eje.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un cabezal de trabajo sencillo y económico, que permite que un haz láser guiado por un espejo se desplace a alta velocidad siguiendo caminos bidimensionales de reducidas dimensiones sin mover los ejes principales de la máquina.

Según la presente invención, este objetivo se consigue mediante un cabezal de trabajo que tiene las características que constituyen el tema de la reivindicación principal.

El cabezal de trabajo según la presente invención comprende un cuerpo terminal desplazable respecto a dicho cuerpo giratorio, siguiendo una dirección recta paralela al eje de rotación del cuerpo giratorio. Con tal configuración es posible desplazar el haz láser siguiendo cualquier camino bidimensional de reducidas dimensiones, combinando la rotación del cuerpo giratorio con la traslación del cuerpo terminal. Las velocidades operativas óptimas son muy elevadas, dado que las masas del cuerpo terminal y del cuerpo giratorio son muy pequeñas comparadas con las masas de los órganos que se ponen en movimiento cuando se accionan los ejes principales de la máquina.

Según una forma de realización particularmente ventajosa de la presente invención, el cuerpo terminal forma, junto con una pieza de conexión, una unidad autónoma que puede ser desmontada del cuerpo giratorio y puede ser sustituida. Esta característica permite personalizar la máquina láser de cara al trabajo que se deba realizar. El cabezal láser puede ser adaptado fácilmente para realizar diferentes operaciones, simplemente sustituyendo el cuerpo terminal por otro de distinto tipo.

Las características adicionales y las ventajas de la invención se harán evidentes en el curso de la descripción detallada siguiente, dada únicamente a modo de ejemplo no limitativo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

- la Figura 1, es una vista esquemática en perspectiva de un cabezal de trabajo según la presente invención,

- la Figura 2 es una vista en alzado siguiendo la flecha II de la Figura 1,

- la Figura 3 es una vista parcial en sección tomada sobre la línea III-III de la Figura 2,

- la Figura 4 es una vista en perspectiva parcialmente explosionada del cabezal de trabajo de la Figura 1, y

- la Figura 5 es una vista en sección tomada sobre la línea V-V de la Figura 2.

Con referencia a los dibujos, la referencia 10 indica un cabezal de trabajo para una máquina láser (no representada). El cabezal 10 comprende una base 12 prevista para ser montada sobre un órgano de soporte desplazable (no representado) de la máquina láser. La base 12 puede ser fijada a un carro desplazable siguiendo dos ejes horizontales x, y, y siguiendo un eje vertical z, en el caso de las máquinas de tres ejes. En caso alternativo, en las máquinas de cinco ejes, la base 12 puede estar montada para que gire sobre un eje vertical 14 en el extremo inferior de una columna desplazable verticalmente, que a su vez es transportada por un carro desplazable siguiendo dos ejes horizontales, ortogonales entre sí.

El órgano de soporte de la máquina láser que transporta la base 12 está provisto de un motor de control numérico de un tipo ya conocido, que hace girar el cabezal de trabajo 10 sobre el eje 14. Como aparece en la Figura 3, la base 12 lleva un primer espejo 16 que tiene una superficie reflectante 18 que forma un ángulo de 45º con respecto al eje de rotación 14. En la práctica, el espejo 16 recibe un haz láser siguiendo el eje 14 y desvía el haz 90º siguiendo un eje 20.

La base 12 lleva un cuerpo giratorio 22 que puede girar sobre un eje que coincide con el eje 20 del haz láser desviado por el primer espejo 16. El cuerpo giratorio 12 está fijado a una corona dentada 24 que engrana con un piñón dentado 26 conectado al eje 28 de un motor de control numérico 30 soportado o bien por la base 12, o bien por el órgano de soporte en voladizo (carro o columna). El cuerpo giratorio 22 está conectado a la base 12 mediante un cojinete de rodillos 32 y tiene un orificio pasante 34 a través del que sale el haz láser en la práctica. Como se aprecia en las Figuras 3 y 5, el cuerpo giratorio 22 presenta asimismo una parte tubular 36 que presenta una superficie exterior cilíndrica 38 en que está conformada una ranura anular 40 en forma de V.

Sobre la parte tubular 36 del cuerpo giratorio 22 está montado de forma desmontable un elemento de conexión 42, teniendo el elemento de conexión un cuerpo anular 43 con una superficie interior cilíndrica 44 montada de forma deslizante sobre la superficie exterior cilíndrica 38 de la parte tubular 36. El cuerpo anular 43 presenta una superficie frontal plana 46 que hace tope contra una placa de referencia 48 fijada al cuerpo giratorio 22. El elemento de conexión 42 está provisto de dos o más orificios radiales roscados 50, en los cuales están introducidos los correspondientes tornillos 52 que encajan en la ranura 40 en forma de V del cuerpo giratorio 22. El elemento de conexión 42 puede extraerse fácilmente del cuerpo giratorio 22. Para desmontar el cuerpo giratorio es suficiente aflojar los tornillos 22 y extraer axialmente el elemento de conexión 42 de la parte tubular 36.

El elemento de conexión 42 lleva un par de barras de guía cilíndricas 54 y un elemento de cremallera fijado al cuerpo anular 43. Los elementos de guía 54 y el elemento de cremallera 56 se extienden paralelamente al eje 20 y se sobresalen axialmente del cuerpo anular 43.

Un cuerpo terminal 58 está montado de forma deslizante sobre las barras de guía 54 y puede desplazarse en una dirección paralela al eje 20. El cuerpo terminal 58 lleva un engranaje 60 que engrana con el elemento de cremallera 56. El engranaje 60 es accionado por un motor de control numérico 62 alojado en el cuerpo terminal 58.

El cuerpo terminal 58 lleva un segundo espejo 64 provisto de una superficie reflectante 66 que forma un ángulo de 45º con respecto al eje 20. En la práctica, el espejo 64 recibe un haz láser siguiendo el eje 20 y desvía el haz láser a lo largo de un tercer eje 68. De una forma generalmente ya conocida, el cuerpo terminal 58 lleva una lente de enfoque (no representada) que dirige el haz láser enfocado hacia una boquilla de salida 70. El cuerpo terminal 58 está conectado a una o más tuberías flexibles 72 mediante los acoplamientos rápidos 74. De una forma ya conocida en la práctica, las tuberías 72 alimentan la boquilla 70 con un caudal de gas.

Entre el elemento de conexión 42 y el cuerpo terminal 58 está situado un fuelle flexible de protección 76 que abarca la zona comprendida entre estos dos elementos por los cuales en la práctica sale el haz láser. En la práctica, el haz láser que sale del cuerpo terminal 58 puede ser dirigido sobre cualquier punto de una zona de trabajo de pequeñas dimensiones sin desplazar los ejes principales de la máquina. Una vez que el cabezal 10 ha sido colocado en posición y orientado en una zona de trabajo predeterminada desplazando los ejes principales de la máquina y orientando angularmente el eje de salida del haz láser siguiendo la dirección deseada, la base 12 puede mantenerse estacionaria y el haz láser puede ser desplazado siguiendo un camino bidimensional genérico de reducidas dimensiones controlando el giro del cuerpo móvil 22 sobre el eje 20 y la traslación del cuerpo terminal 58 en una dirección paralela al eje 20. Los motores 30 y 62, que controlan respectivamente la rotación del cuerpo 22 y la traslación del cuerpo terminal 58, están controlados por un ordenador programado para generar el camino deseado para el haz láser, combinando el giro y la traslación del cuerpo terminal 58.

Un aspecto particularmente ventajoso de la presente invención es que el cuerpo terminal 58 y el elemento de conexión 42 constituyen una unidad autónoma que puede ser fácilmente desmontada del resto del cabezal 10. Esta característica hace que la máquina láser sea muy versátil al tener que sustituir solamente la parte terminal, pudiendo la máquina ser configurada para operaciones especiales. En particular, una máquina láser equipada con un cuerpo terminal 58 según la presente invención, será particularmente adecuada para realizar una serie de pequeños orificios o ranuras, además de las operaciones normales de corte y soldadura llevadas a cabo desplazando los ejes principales de la máquina.

Claims (5)

1. Cabezal de trabajo para una máquina láser, que comprende:

-

una base (12) prevista para ser montada sobre un órgano de soporte desplazable de la máquina, estando dicha base (12) provista de un primer espejo (16) que recibe un haz láser a lo largo de un primer eje (14) y desvía el haz láser a lo largo de un segundo eje (20) ortogonal al primer eje (14);

-

un cuerpo giratorio (22) soportado por la base (12) para girar sobre dicho segundo eje (20), y

-

un cuerpo terminal (58) desplazable respecto al cuerpo giratorio (22) y que está provisto de un segundo espejo (64) que recibe el haz láser a lo largo de dicho segundo eje (20) y desvía el haz láser a lo largo de un tercer eje (68),

en el que el cuerpo terminal (58) puede desplazarse respecto al cuerpo giratorio (22), siguiendo una dirección paralela a dicho segundo eje (20), es tomado el cuerpo terminal (58) provisto de una boquilla de salida (70) para la salida de un haz láser enfocado a lo largo dicho tercer eje (68).

2. Cabezal de trabajo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un elemento de conexión (42) provisto de unos medios de guiado (54) sobre los cuales está montado de forma deslizante el cuerpo terminal (58), estando el elemento de conexión (42) fijado de forma desmontable al cuerpo giratorio (22).

3. Cabezal de trabajo según la reivindicación 2, caracterizado porque el elemento de conexión (42) y el cuerpo terminal (58) forman una unidad autónoma sustituible.

4. Cabezal de trabajo según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho elemento de conexión (42) está provisto de un órgano de cremallera (56) que engrana con un engranaje (60) que es accionado por un motor (62) soportado por el cuerpo terminal (58).

5. Cabezal de trabajo según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho cuerpo giratorio (22) dispone de una parte tubular (38) provista de una ranura anular en forma de V (40), y porque dicho elemento de conexión (42) comprende un cuerpo anular (43) dispuesto de forma deslizante sobre la parte tubular (36) y está fijado a esta última mediante tornillos radiales (52) que encajan en dicha ranura (40).