TW201919804A - 將雷射加工機雷射光束相對於工件之對準及定位裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於相對於雷射加工機的雷射束（3）定向和定位一工件（4）的裝置。該裝置配備有裝置基座（5），其具有工件定位裝置（6），該工件定位裝置（6）接收待加工的工件（4）並且具有移動裝置（7），該移動裝置相對於設備基座（5）具有至少三個移動工件定位裝置的軸（ 6）。移動裝置（7）配備有剛性主體（12）和第一旋轉驅動器，第一旋轉驅動器圍繞旋轉軸線B產生扭矩並驅動剛性主體（12）繞旋轉軸線B相對於旋轉軸線旋轉。機座（5）。在剛性體（12）上佈置有第一線性驅動器，該第一線性驅動器沿著軸線Xw移動剛性體（12）上的第一托架（13）。在第一滑架（13）上佈置有第二旋轉驅動器（14），其產生圍繞旋轉軸線C的扭矩，該旋轉軸線C不同於旋轉軸線B，並且驅動工件定位裝置（6）圍繞軸線C旋轉。

Description

將雷射加工機雷射光束相對於工件之對準及定位裝置

本發明係有關一種用於相對於雷射加工機的雷射束定向和定位工件的裝置。

藉由短而強的雷射脈衝加工工件是已知的。高功率密度的雷射輻射導致工件表面上的材料升溫。根據功率密度，電漿可能在工件表面上形成。在此過程中從工件表面去除材料。這被稱為雷射燒蝕。

雷射束和工件以限定的方式相對於彼此移動，以便在工件的限定部分內有針對性地移除材料並且使工件的表面具有特定的輪廓。該過程包括在工件上生產刀片。它們也被稱為切削刃。

雷射加工機器配備有雷射頭，該雷射頭有目的地將雷射的脈衝雷射束引導到工件上，並且在適用的預定脈衝輪廓內將該光束移動到工件的表面上。工件佈置在用於定向和定位的設備中，在機床的情況下，該設備也被稱為夾緊裝置。該裝置配備有裝置底座，工件定位裝置和移動裝置。設備基座佈置在固定位置。它可以是雷射加工機器的機器基礎的一部分。工件定位裝置拾取工件並將其緊緊夾緊，使得工件相對於工件定位裝置的位置在加工工件時不會改變。移動裝置確保工件定位裝置相對於裝置底座的運動。由於雷射加工機的雷射頭通常佈置在相對於設備基座的固定位置，因此移動裝置還確保一方面雷射頭與另一方面工件定位裝置之間的相對運動。因此，夾緊在工件定位裝置中的工件相對於雷射頭產生的雷射束移動。由移動裝置觸發的相對運動意味著工件可以在其整個表面上加工，除非工件表面被工件定位裝置覆蓋。在加工過程中，工件的表面以不同角度對準雷射束。

用於定位和定向工件的已知設備具有帶有多個軸的移動裝置。該運動相應地表現出多個自由度。為了執行運動，運動裝置配備有多個平移和旋轉驅動器。具有六個軸的運動裝置通常具有三個平移驅動器，其產生沿X軸，Y軸和Z軸的線性驅動力，以及三個旋轉驅動器，其分別圍繞DX軸，DY軸和DZ軸產生扭矩。平移驅動器也稱為線性驅動器。具有少於六個軸的運動裝置表現出相應較少數量的平移或旋轉驅動器。為了協調驅動器彼此的運動，通過共同的控制單元控制驅動器。驅動器通常由CNC控制。

如果加工出製造例如鑽頭或銑刀的細長工件，並且如果根據其應用領域，工件具有多個分米的大軸向長度，移動裝置必須圍繞該距離移動工件定位裝置和夾在其中的工件是相當可觀的。特別地，各個平移和旋轉驅動器移動托架，支架或分配給它們的其他驅動部件很遠。當距離很遠時，通常需要很大的加速度。然而，大加速度是一個缺點，因為它需要驅動器產生很大的驅動力或扭矩。

本發明之目的是提供一種用於佈置和定向工件的裝置，該裝置能夠使具有較大軸向長度的工件相對於雷射束移動，從而可以基本上在其整個表面上加工工件，而不需要相關驅動器的大加速度和強大的驅動力或扭矩。

根據權利要求1的裝置可解決上述目的。該裝置的特徵在於，移動裝置配備有具有旋轉軸線B的第一旋轉驅動器，具有線性軸線Xw的第一線性驅動器，其基本上徑向延伸至旋轉軸線B和第二旋轉驅動器，其旋轉軸線C不同於B.運動裝置具有剛性體。利用其扭矩，第一旋轉驅動器驅動剛性體繞著旋轉軸線B相對於機器基座旋轉，由此剛性體從旋轉軸線B徑向向外突出。第一線性驅動器佈置在剛性體上。第一線性驅動器沿徑向延伸到軸線B的軸線Xw產生線性驅動力，從而使第一支架沿剛性體表面上的軸線Xw移位。第二旋轉驅動器佈置在第一托架上。利用其扭矩，第二旋轉驅動器驅動工件定位裝置相對於設備基座圍繞旋轉軸線C旋轉。

工件定位裝置拾取細長工件的一端並夾緊該端部。為此目的，工件定位裝置具有細長的工件安裝座，該工件安裝座沿著線性工件安裝軸線延伸。工件定位裝置優選地佈置在第二旋轉驅動器上，使得工件安裝軸線與旋轉軸線C同軸地延伸。如果具有工件縱向軸線的工件與工件定位裝置中的工件安裝軸線同軸佈置，則第二旋轉驅動器確保工件圍繞其縱向軸線旋轉。

第一線性驅動器能夠使佈置在工件定位裝置中的工件移位。該位移優選地在加工工件表面的方向上。因此，線性軸線Xw例如可以平行於旋轉軸線C延伸。在這種情況下，夾緊在工件定位裝置中的工件可以沿其縱向軸線移動。這同樣適用於具有多個分米的大軸向伸長率的工件。以這種方式，工件可以簡單地通過沿著線性軸線Xw並圍繞旋轉軸線C的運動而以其整個表面定向到雷射束，使得整個表面可以用雷射加工。圍繞旋轉軸線B的旋轉還確保工件相對於雷射束以各種角度定向。

因此，根據本發明的設備能夠實現工件的定向，其中在各個加工步驟之間不必覆蓋很大的距離。這同樣適用於與第一旋轉驅動器一起移動的剛性體，用於與第一線性驅動器一起移動的第一滑架，以及用於與第二旋轉驅動器一起移動的定位裝置。分配給第一線性驅動器和第二旋轉驅動器的部件的調節路徑很短。因此，根據本發明的裝置不需要很大的加速度，也不需要很大的力或扭矩。

根據本發明的有利實施例，軸線C在垂直於軸線B的平面上延伸。

根據本發明的另一有利實施例，軸線C平行於軸線Xw。

根據本發明的另一有利實施例，剛性主體具有細長形狀並沿縱向軸線延伸。剛性體安裝在第一旋轉驅動器上，使得其縱向軸線在徑向方向上相對於旋轉軸線B延伸。

根據本發明的另一有利實施例，剛性體採用槓桿的形式。作為槓桿，特別優選單臂槓桿。它優選地沿第一支架的線性位移路徑延伸並支撐所述支架的運動。槓桿可以採用細長臂的形式。

根據本發明的另一有利實施例，平行於線性軸線Xw，剛性主體配備有導軌，第一滑架沿著導軌被引導。導軌確保第一支架在其沿線性軸線Xw的運動中得到支撐。

根據本發明的另一有利實施例，移動裝置具有第二線性驅動器，該第二線性驅動器沿線性軸Z產生驅動力並沿軸線Z相對於機器基座移動第二支架。第一旋轉驅動器優選地直接或間接地佈置在第二滑架上，使得第一旋轉驅動器，第一線性驅動器，第二旋轉驅動器和定位裝置的組合可以相對於設備基座沿軸線Z移位。因此相對於雷射束。軸Z優選平行於雷射加工機的雷射束的光軸。第二線性驅動器可以佈置在機器基座上。但是，也可以將第二線性馬達佈置在第二支架上。第二線性驅動器也可以採用線性電動機的形式，其中定子連接到設備基座並且轉子連接到第二支架。

根據本發明的另一有利實施例，移動裝置具有佈置在第二托架上的第三線性驅動器，該驅動器沿線性軸線Y產生驅動力並沿軸線Y相對於第二托架移動第三托架，因此，軸線Y與軸線Z不同。因此，第三滑架也相對於機器基座沿軸線Y移位。第三線性驅動器可以佈置在第二支架上。或者，第三線性驅動器可以佈置在第三托架上。第三線性驅動器也可以採用線性電動機的形式，其中定子連接到第二支架並且轉子連接到第三支架，反之亦然。

根據本發明的另一有利實施例，移動裝置具有佈置在第三托架上的第四線性驅動器，該驅動器沿線性軸線X產生驅動力並沿軸線X相對於第三托架移動第四托架，其中軸線X不同於軸線Z和軸線Y.第一旋轉驅動器優選地佈置在第四滑架上，使得第一旋轉驅動器，第一線性驅動器，第二旋轉驅動器和定位裝置的組合一起可相對於設備基座沿軸線Z，Y和X移位，因此相對於雷射束。在這種情況下，運動裝置的運動呈現出四個平移和兩個旋轉自由度。該運動沿著四個線性軸Z，Y，X和Xw並且沿著兩個旋轉軸線B和C發生。第四線性驅動器可以佈置在第三托架上。或者，第四線性驅動器可以佈置在第四托架上。第四線性驅動器也可以採用線性馬達的形式，其中定子連接到第三托架並且轉子連接到第四托架，或反之亦然。

根據本發明的另一有利實施例，軸線X，Y和Z彼此垂直。

根據本發明的另一有利實施例，第一旋轉驅動器佈置在第四托架上。

根據本發明的另一有利實施例，軸線B基本上平行於軸線X，Y或Z中的一個。

根據本發明的另一有利實施例，所有軸的驅動器由CNC控制。該控制確保所有驅動器彼此協調，並且工件通過驅動器的運動精確地以相對於雷射束3的預定時間順序定向，以便在工件的表面上產生期望的輪廓。

從以下描述，附圖和權利要求可以獲得本發明的其他優點和有利實施例。

在圖1至11中，揭示出了用於相對於雷射束3定向和定位工件4的裝置。雷射束由雷射加工機器的雷射頭2引導，雷射加工機器未進一步表示在工件4的表面上。定向和定位裝置1具有以固定方式設置的裝置基座5，工件定位裝置6，拾取並夾緊工件4和移動裝置7.移動裝置使工件定位裝置6圍繞兩個旋轉軸B和C並沿著相對於裝置基部5的四個線性軸Xw，X，Y和Z移動。未在圖中示出的第二線性驅動器使第二滑架8相對於設備基座沿軸線Z前後移動。圖中未示出的第三線性驅動器使第三支架9相對於第二支架8沿軸線Y前後移動。圖中未示出的第四線性驅動器沿軸線X相對地前後移動第四支架10。在第四滑架10上設置有第一旋轉驅動器11，該第一旋轉驅動器11產生圍繞軸線B的扭矩，該軸線B平行於軸線Y並垂直於軸線X和Z.驅動軸在該軸線上不可識別。第一旋轉驅動器11的圖示不可旋轉地連接到剛性體12，剛性體12具有單臂桿的形式。剛性主體12從旋轉軸線B徑向向外突出。驅動軸將第一旋轉驅動器11的扭矩傳遞到剛性主體12，從而確保剛性主體12圍繞旋轉軸線B旋轉。剛性體12佈置有第一線性驅動器（圖中未示出），其沿著線性軸線Xw產生線性驅動力並沿軸線Xw前後移動第一滑架13。軸Xw在與旋轉軸B垂直的方向上延伸。軸Xw在垂直於旋轉軸B的平面上延伸。第二旋轉驅動器14佈置在第一滑架13上。它產生圍繞軸的扭矩旋轉軸線C平行於線性軸線Xw。旋轉軸線在垂直於旋轉軸線B的平面上運行。第二旋轉驅動器使工件定位裝置6旋轉，從而使工件定位裝置6中的工件4圍繞旋轉軸線C旋轉。

雷射束3以其光束軸線平行於線性軸Z定向。第二支架沿軸線Z的位移因此導致工件定位裝置6朝向雷射頭2或遠離雷射頭2移動。工件4到雷射頭2的距離可以通過第二線性驅動器和第二滑架8的運動來調節。

工件4是細長的。它被接收在工件定位裝置6中，使得工件4的縱向軸線與旋轉軸線C同軸地延伸。因此，第二旋轉驅動器14確保工件4圍繞其自身的縱向軸線旋轉。

在圖1，3和5中，移動裝置7定向成使得剛性主體12垂直向下指向並且第一支架13位於其最遠離旋轉軸線B的位置。在該位置工件4可在其遠離工件定位裝置6的端部加工。

在圖2，4和6中，移動裝置7以這樣的方式定向，使得剛性主體12垂直向下指向並且第一支架13位於比根據下方的位置更靠近旋轉軸線B的位置。在圖1，圖3和圖5中，在第一滑架的這個位置，工件4可以在其面向工件定位裝置6的端部處用雷射加工。

從圖1，圖3和圖5中所示的兩個位置與另一方面圖2,4和6中所示的兩個位置的比較，顯然第一支架13沿線性軸線Xw覆蓋的位移路徑基本上是對應於沿著工件4的縱向軸線的距離，工件表面將用雷射束3加工在該距離上。從圖11中的上方視圖中的裝置1的圖示中可以進一步顯示出圖形。如圖1至圖6所示，工件4圍繞旋轉軸線C的旋轉和沿著線性軸線Xw的平移使得工件4的表面能夠在由移位路徑預定的距離上定向到雷射束3。軸Xw使得可以加工工件4的整個表面。

圖7至10表示剛性主體12的各種位置，其中圖7和8示出了與圖1至圖6相比逆時針旋轉45°角的剛性主體12.圖9和10示出了處於某一位置的剛性主體12與圖1至6相比，順時針旋轉45°角。在圖7和9中，第一滑架13位於距離旋轉軸B最大可能距離的位置。然而，在圖8和10中，第一滑架13具有更靠近旋轉軸線B的位置。這些表示表明工件4的表面與雷射束3之間的角度可以通過剛體12繞軸線B的旋轉來調節。

在圖1至6中，剛性體12平行於線性軸線X定向。在該位置，線性軸線Xw和線性軸線Z彼此平行。在該位置，工件4可以平行於工件縱軸線定向到雷射束，不僅通過沿軸線Xw的平移，而且通過沿軸線X的一段距離的平移。剛性體12的位置。然而，根據圖7至圖10，示出瞭如果工件4圍繞旋轉軸線B旋轉，則不再可能通過軸線X單獨地相對於縱向軸線調整一定距離的工件。沿線性軸Xw的平移導致相當大的簡化。

圖11揭示了裝置1，其具有雷射頭2，雷射束3和來自上方的工件4。該表示示出了第三支架9沿著線性軸Y的運動可以被執行以確定雷射束3是否在工件的邊緣處以基本切向或相當中心的方式與工件4的表面相遇，因此相當徑向相對於工件縱軸的位置或它們之間的位置。

借助於共同的控制來控制驅動器，使得工件4相對於雷射束3有針對性地移動，從而通過雷射燒蝕產生預定的表面輪廓。控制器是CNC控制器。控件未在圖中表示。

本發明的所有特徵可以單獨地和以任何組合方式對本發明是重要的。

1‧‧‧用於定位和定向工件的裝置

2‧‧‧雷射頭

3‧‧‧雷射光束

4‧‧‧工件

5‧‧‧裝置基座

6‧‧‧定位裝置

7‧‧‧移動裝置

8‧‧‧第二滑架

9‧‧‧第三滑架

10‧‧‧第四滑架

11‧‧‧第一次旋轉驅動器

12‧‧‧剛性主體

13‧‧‧第一滑架

14‧‧‧第二旋轉驅動器

下列圖示出了根據本發明的裝置的模型實施例，其在下面描述。插圖：

圖1用於定向和定位的裝置的透視圖，其中剛性體垂直向下定向並且第一托架在其離旋轉軸線B最遠的位置。

圖2是根據圖1的裝置的透視圖，其中第一滑架佈置在比圖1中更靠近旋轉軸線B的位置。

圖3是根據圖1的裝置在從前面看的根據圖1的移動裝置的位置。

圖4是根據圖1的裝置在從前面看的根據圖2的移動裝置的位置。

圖5是根據圖1的裝置在從側面看的根據圖1的移動裝置的位置。

圖6是根據圖1的裝置在從側面看的根據圖2的移動裝置的位置。

圖7是從側面看的根據圖1的裝置，其中剛性體從圖1中的位置順時針轉動45°角並且第一滑架位於離旋轉軸B最遠的位置。

圖8是從側面看的根據圖1的裝置，其中剛性體從圖1中的位置順時針轉動45°角，並且第一滑架佈置比在圖7中更靠近旋轉軸B的位置。

圖9是從側面看的根據圖1的裝置，其中剛性主體逆時針轉動，與圖1中的位置成45°角，並且第一滑架位於離旋轉軸B最遠的位置。

圖10是從側面看的根據圖1的裝置，其中剛性體沿與圖1中的位置成45°角逆時針轉動，並且第一滑架佈置比在圖7中更靠近旋轉軸B的位置。

圖11是根據圖1的裝置在從上方看的根據圖1的移動裝置的位置。

Claims (12)

1. 一種用於相對於雷射加工機的雷射束（3）定向和定位工件（4）的裝置，其具有: 設備基座（5）， 用工件定位裝置（6）接收待加工的工件（4）， 具有移動裝置（7），其具有至少三個軸，這些軸使工件定位裝置（6）相對於裝置基座（5）移動， 具有移動裝置（7）的剛性主體（12）， 具有運動裝置（7）的第一旋轉驅動器，其產生圍繞旋轉軸線B的扭矩並驅動剛體（12）繞旋轉軸線B相對於機器基座（5）旋轉，由此剛性主體（12）從旋轉軸線B徑向向外突出， 具有佈置在剛性體（12）上的第一線性驅動器，其沿著基本上徑向於旋轉軸線B延伸的軸線Xw產生線性驅動力，並沿著軸線移動剛性體（12）上的第一托架（13） XW，
2. 具有佈置在第一托架（13）上的第二旋轉驅動器（14），該第二旋轉驅動器（14）圍繞不同於旋轉軸線B的旋轉軸線C產生扭矩並驅動工件定位裝置（6）圍繞旋轉軸線C旋轉。如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，軸線C在垂直於軸線B的平面上延伸。
3. 權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，軸線C平行於軸線Xw。
4. 如前述權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，剛性體（12）採用槓桿的形式。
5. 如前述權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，剛性體（12）配備有導軌，第一滑架（13）沿著導軌被引導。
6. 如前述權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，移動裝置（7）具有第二線性驅動器，該第二線性驅動器沿線性軸Z產生驅動力，並使第二支架（8）沿軸線Z相對於軸線Z移動。機座（5）。
7. 權利要求6所述的裝置，其特徵在於，移動裝置（7）具有第三線性驅動器，該第三線性驅動器沿線性軸線Y產生驅動力，並沿軸線Y相對於第二支架移動第三支架（9）（ 8），其中軸Y不同於軸Z.
8. 如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述移動裝置（7）具有第四線性驅動器，所述第四線性驅動器沿著線性軸線X產生驅動力並且使第四托架（10）沿著軸線X相對於所述第三托架移動，其中軸X不同於軸Z和軸Y.
9. 如權利要求8所述的裝置，其特徵在於，軸X，Y和Z彼此垂直。
10. 如權利要求8或9所述的裝置，其特徵在於，第一旋轉驅動器（11）佈置在第四托架（10）上。
11. 如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，軸線B基本上平行於軸線X，Y或Z中的一個。
12. 如前述權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，所有軸的驅動器由CNC控制。