WO2020225263A1 - Bearbeitungskopf zur führung eines laserstrahls sowie laserbearbeitungsvorrichtung mit einem bearbeitungskopf - Google Patents

Bearbeitungskopf zur führung eines laserstrahls sowie laserbearbeitungsvorrichtung mit einem bearbeitungskopf Download PDF

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Reiner Bruestle
Tobias Marte
Thomas Notheis
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Definitions

  • Processing head for guiding a laser beam and a laser processing device with a processing head
  • the invention relates to a machining head for guiding a laser beam for machining a workpiece with a basic housing, in which at least one deflecting mirror can be arranged and at least one functional module can be connected or it can be placed in the basic housing, and a laser machining device with a machining head for guiding a laser beam.
  • connection head for processing a workpiece by means of a laser beam which comprises a housing and an insert which can be inserted laterally into the housing and has a focusing optics for focusing the laser beam.
  • This focusing optics can be displaced relative to the slide-in device via adjustment means, which by are accessible from the outside.
  • This insert enables easy insertion and replacement of the focusing optics if other optical properties are desired.
  • connection head for processing a workpiece by means of a laser beam.
  • This embodiment comprises a carrier unit with a cassette which is displaceable in the axial direction of the focusing optics. Between the focusing optics and a beam outlet of the connection head there is a pressure chamber into which a working gas under excess pressure can be introduced.
  • the carrier unit protrudes with its end pointing away from the jet outlet into the pressure chamber and is kept in equilibrium by the working pressure in the pressure chamber.
  • a processing head for a laser processing system which is composed of a large number of functional modules.
  • These functional modules allow an adaptation to the laser processing system in the case of different focal lengths of a collimator lens.
  • These functional modules can be lined up in series along a processing laser beam path and connected to one another, the individual collimator lenses being coordinated with one another for being lined up.
  • the invention is based on the object of creating a processing head and a laser processing device with a processing head which enables a stable and modular structure for receiving optical components for laser material processing.
  • a machining head that has a housing body with at least two mutually aligned Has base sections that at least partially surround a free internal volume of the housing base body, at least two of the base surface sections of the housing base body being designed differently from one another to accommodate and / or insert the at least one functional module and / or at least one functional component.
  • Such a configuration of the base surface sections makes it possible to meet the requirements for interface flexibility and the requirements for modularity for receiving and / or inserting functional modules and / or functional components.
  • a processing head can meet various requirements in laser material processing.
  • Such a functional module can, for example, be a housing with a deflection mirror through which a laser beam is coupled into or coupled out of the processing head.
  • a functional module can also be, for example, a scanner block which has a scanning mirror whose angular position can be electronically controlled.
  • a functional component can be, for example, an electrical control system or an electronic component, which is inserted into the main body of the housing, pushed in or attached to it.
  • An objective or a collimator lens for example, can be provided as a further functional component.
  • the basic housing body of the processing head has at least one first housing base section with an interface for connecting the functional module and / or at least one second base section with a connection point for a handling device or for a housing of a laser processing machine and / or at least one third base section with a recess for inserting the at least one functional component into the inner volume of the housing base body.
  • the base surface sections can be specifically introduced and adapted and designed for the respective application.
  • the Housing base section are only formed by an outer run around the frame, which is determined by the thickness of the adjacent and adjoining base sections.
  • a base area section can also be formed over the entire area and be provided with bores or connection elements.
  • a base section can also have a recess.
  • the base sections in particular six base sections, form a rigid frame or rectangular profile in the X, Y and Z directions. This not only enables a secure mounting arrangement of individual components, but also a high level of precision when mounting and aligning optical components in the processing head.
  • the interface, the connection point and / or the recess of the base surface sections have a contact surface.
  • This contact surface is used to connect the functional module, the handling device and / or other functional components as well as to accommodate a housing cover.
  • a circumferential groove for receiving a seal or a sealing groove is provided on the contact surface of the base surface sections and / or on a contact surface of a housing cover of the functional component and / or the functional module.
  • a sealing arrangement can be created in order to protect the at least one optical component from contamination.
  • Another advantageous embodiment of the machining head provides that one recess of two or three mutually adjoining base surface sections form a common recess. As a result, the recess can extend over a side edge of two adjoining base areas or even over a range of three adjoining base area sections. This allows improved accessibility to the free internal volume of the housing.
  • the housing base body is produced from a solid material by machining.
  • high-speed material processing can enable such a housing to be manufactured in a cost-effective manner.
  • a stable, in particular one-piece, configuration of the housing base body will create ge.
  • the housing base body is made from a strand-shaped rectangular profile. As a result, a further shortening of the manufacturing time can be achieved.
  • the main housing body and / or the housing cover is advantageously made from a light metal.
  • An aluminum or an aluminum alloy is preferably provided.
  • a laser processing device which comprises a handling device on which a processing head is provided, and a beam source with a beam guide that extends between the beam source and the processing head.
  • the processing head comprises at least one beam guiding element through which a laser beam is deflected and directed onto a workpiece to be processed.
  • the machining head is designed according to one of the previously described forms trained. This allows flexible adaptation to the respective configuration of the laser processing device, so that a high degree of modularity and interface flexibility are provided.
  • Figure 1 is a perspective view of a laser processing device for processing, for example, three-dimensional components
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of a processing head of the laser processing device for processing, for example, three-dimensional components according to FIG. 1, and FIG.
  • FIG. 3 shows a perspective view of an alternative embodiment of the machining head to FIG.
  • FIG 1 is a schematic side view of a laser processing device 11 for processing a workpiece 12 is shown.
  • This laser processing device 11 is provided in particular for laser welding.
  • the laser processing device 11 comprises a handling device 14 with a processing head 41 provided thereon, in particular a welding head.
  • the handling device 14 is designed as a multi-axis manipulator 17 which has a stationary base 18, a carousel 19, a rocker 20, an arm 21 and a hand 22.
  • the movement possibilities of the manipulator 17 are shown in Figure 1 by double arrows illustrated. Accordingly, the manipulator 17 has six axes of motion.
  • the processing head 41 is attached to the hand 22 of the manipulator 17.
  • a laser beam 25 generated by a beam source 15 is fed to the machining head 41 by means of a beam guide 16.
  • a laser light guide cable is preferably provided as the beam guide 16.
  • the processing head 41 comprises at least one beam guiding element 42. This can be part of a functional component 66 or a functional module 55.
  • the beam guiding element 42 can preferably be designed as focusing optics which, when the laser processing device 11 is in operation, bundles the laser beam 25 and directs it onto a processing point 26, in particular a welding point, of the workpiece 12 to be processed.
  • the laser processing device 11 can alternatively also be a device for building up workpieces by selectively solidifying a building material applied in layers.
  • These Laserbearbei processing devices 11 are also referred to as 3D printing systems, selective laser sintering machines, selective laser melting machines, or the like.
  • the machining head 41 can be fastened to a housing of this laser machining device 11. Alternatively, the processing head 41 can also be fastened to a linear axis system of the housing.
  • FIG. 1 A perspective view of the machining head 41 is shown in FIG.
  • This machining head 41 comprises a housing base 43 which surrounds a free internal volume 44.
  • This basic housing body 43 preferably comprises six base sections 46, 47, 48, 49, 50, 51 aligned with one another. These base sections 46, 47, 48, 49, 50, 51 are preferably each aligned at right angles to one another. As a result, a rectangular or kubusförmi ger housing base body 43 is formed. At least two, preferably three, base area sections 46, 47, 48, 49, 50, 51 differ from one another from the. As a result, increased modularity of the basic housing body 43 can be achieved.
  • a first base section 46 is designed, for example, as an interface 54 for a functional module 55.
  • This functional module 55 can for example be a deflection device to deflect the laser beam 25 in one spatial direction, for example to guide the laser beam 25 from the beam source 15 into the interior of the housing base body 43.
  • Such an interface 54 can have a strip-shaped or flange-shaped base surface section 46.
  • a contact surface 56 of the base surface section 46 can be formed, for example, by the wall thickness of the further base surface sections 47, 48, 49 and 50 adjoining it. This provides extensive access to the interior of the housing.
  • the base section 51 is embodied in the same way as the base section 46, which has the function module 55.
  • a hole pattern for fastening elements is preferably provided in the contact surface 56.
  • These fastening elements are preferably detachable fastening elements, such as screws or the like, for example.
  • the function module 55 that can be connected to it comprises a complementary hole pattern. If it is not necessary to connect the function module 55 to this interface 54, this base area section 56 can be closed with a plate-shaped housing cover 64, as shown in FIG.
  • the housing cover 64 has a hole pattern analogous to the contact surface 56.
  • the contact surface 56 of the first base surface section 46 preferably has a groove-shaped recess 58.
  • a circumferential seal can be inserted into this recess 58 in order to then form a sealed interface 54.
  • the interface 54 can also be closed by a sealing groove, that is, the groove-shaped recess 58 is present on a contact surface 56, for example, and a protruding web is provided on the housing cover 64 that can be attached to it or the functional module 55, which protrudes into the recess 58 intervenes.
  • a second base area 47 of the housing base body 43 according to FIG. 2 comprises, for example, a connection point 61 for the handling device 14, in particular the hand 22 of the handling device 14.
  • a third base area section 48 includes, for example, a recess 65.
  • a recess 65 can serve to insert a functional component 66 into the interior of the housing base body 43.
  • this functional component 66 can be scanner optics with at least one beam guiding element 42 or deflection mirror.
  • Such a functional component 66 can also be a printed circuit board or an electronics module or the like.
  • such a functional device 66 can also be optics or a lens, in particular focusing optics, through which a laser beam enters and / or exits.
  • a fourth base section 49 is provided opposite the third base section 48. This can, for example, be designed over the full area.
  • the fifth base surface section 50 extends between the third base surface section 48 and the fourth base surface section 49. This can have one of the embodiments described above.
  • the sixth base area section 51 is designed in the same way as the first base area section 46. This can also be designed differently depending on the functional module 55 to be accommodated and / or the functional component 66 to be used or the functional component 66 to be attached thereto.
  • the base surface sections 46 and 51 are formed identically in the X direction, so that a tubular housing body 43 is formed.
  • This housing base body 43 of the machining head 41 is formed in one piece and has a stable and rigid frame construction.
  • This housing base body 43 is preferably milled from a solid material or made from a prefabricated, strand-shaped, in particular extruded, rectangular profile.
  • a light metal, in particular an aluminum or an aluminum alloy, is preferably used.
  • FIG. 3 an alternative embodiment of the machining head 41 to FIG. 2 is shown.
  • the structure of the housing base body 43 with a free inner volume 44 is analogous to FIG. 2.
  • the recess 65 extends from the fourth base surface section 49 into the first base surface section 46. This creates a free area along one side edge of the housing base body 43 in order to insert a functional component 66 therein.
  • the fourth base area section 49 for example, has a further housing cover 64 with connection elements, in particular electronic components, attached to it. This housing cover 64 may be section 49 attached to Grund lakeab.
  • a mounting plate 74 is provided as a functional component 66, which receives a further functional component 66 such as an objective or a lens and fixes it to the housing base 43.
  • a flange connection 75 is provided on the base surface section 51 as a further functional component 66 for a beam guide 16 between the processing head 41 and the beam source 15. This base area section 51 thus has a connection point 61 for the flange connection 75.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bearbeitungskopf zur Führung eines Laserstrahls (75) zur Bearbeitung eines Werkstücks sowie eine Laserbearbeitungsvorrichtung (11) mit einem Bearbeitungskopf (41), der einen Gehäusegrundkörper (43) aufweist, in welchem zumindest ein Strahlführungselement (42) anordenbar ist und mit zumindest einem Funktionsmodul (55) welche an dem Gehäusegrundkörper (43) anschließbar ist oder in den Gehäusegrundkörper (43) einsetzbar ist, wobei der Gehäusegrundkörper (43) mit wenigstens zwei zueinander ausgerichteten Grundflächenabschnitten (46, 47, 48, 49, 50, 51) aufweist, die ein freies Innenvolumen (44) des Gehäuses (42) umgeben, wobei wenigstens zwei der Gehäuseflächenabschnitte (46, 47, 48, 49, 50, 51) abweichend zueinander zur Aufnahme und/oder zum Einsetzen von dem zumindest einen Funktionsmodul (55) und/oder von zumindest einer Funktionskomponente (66) ausgebildet sind.

Description

Bearbeitungskopf zur Führung eines Laserstrahls sowie Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Bearbeitungskopf
Die Erfindung betrifft einen Bearbeitungskopf zum Führen eines Laser strahls zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Gehäusegrundkör per, in welches zumindest ein Umlenkspiegel anordenbar und zumindest ein Funktionsmodul anschließbar oder in den Gehäusegrundkörper er setzbar ist sowie eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Bearbei tungskopf zur Führung eines Laserstrahls.
Aus der DE 295 07 189 Ul ist ein Anschlusskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls bekannt, welcher ein Gehäuse und ein seitlich in das Gehäuse einführbaren Einschub mit einer Fokussie rungsoptik zur Fokussierung des Laserstrahls umfasst. Diese Fokussier optik ist relativ zum Einschub über Verstellmittel verschiebbar, die von außen zugänglich sind. Dieser Einschub ermöglicht ein einfaches Einset zen und Austauschen der Fokussieroptik, sofern andere optische Eigen schaften gewünscht sind.
Aus der DE 196 28 857 Al ist des Weiteren ein Anschlusskopf zur Bear beitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls bekannt. Diese Aus führungsform umfasst eine Trägereinheit mit einer Kassette, die in Axial richtung der Fokussieroptik verschiebbar ist. Zwischen der Fokussierop tik und einem Strahlausgang des Anschlusskopfes liegt ein Druckraum, in den ein unter Überdruck stehendes Arbeitsgas einleitbar ist. Die Trä gereinheit ragt mit ihrem vom Strahlausgang wegweisenden Ende in die Druckkammer hinein und wird durch den Arbeitsdruck in der Druckkam mer im Gleichgewicht gehalten.
Aus der DE 10 2008 048 323 B3 ist ein Bearbeitungskopf für ein Laser bearbeitungssystem bekannt, welches aus einer Vielzahl von Funktions modulen aufgebaut ist. Durch diese Funktionsmodule wird eine Anpas sung an das Laserbearbeitungssystem im Falle unterschiedlicher Brenn weiten einer Kollimatorlinse ermöglicht. Diese Funktionsmodule können entlang eines Bearbeitungslaserstrahlenganges seriell aneinandergereiht und miteinander verbunden werden, wobei die einzelnen Kollimatorlin sen zur Aneinanderreihung aufeinander abgestimmt sind.
Bei solchen Laserbearbeitungssystemen wird zunehmend eine erweiterte Prozessdiagnose bei der Lasermaterialbearbeitung eingesetzt, wodurch die Anforderung an die Flexibilität und Modularität der eingesetzten Opti ken steigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bearbeitungskopf sowie eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Bearbeitungskopf zu schaf fen, der einen stabilen und modularen Aufbau zur Aufnahme von opti schen Komponenten für eine Lasermaterialbearbeitung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Bearbeitungskopf gelöst, der einen Ge häusegrundkörper mit wenigstens zwei zueinander ausgerichteten Grundflächenabschnitte aufweist, die ein freies Innenvolumen des Ge häusegrundkörpers zumindest teilweise umgeben, wobei wenigstens zwei der Grundflächenabschnitte des Gehäusegrundkörpers abweichend zueinander zur Aufnahme und/oder zum Einsetzen von dem zumindest einen Funktionsmodul und/oder von zumindest einer Funktionskompo nente ausgebildet sind. Durch eine solche Ausgestaltung der Grundflä chenabschnitte können die Anforderungen an die Schnittstellenflexibilität sowie die Anforderungen an die Modularität zur Aufnahme und/oder zum Einsetzen von Funktionsmodulen und/oder Funktionskomponenten erfüllt werden. Dadurch kann ein solcher Bearbeitungskopf verschiedenen An forderungen bei der Lasermaterialbearbeitung gerecht werden.
Bei einem solchen Funktionsmodul kann es sich beispielsweise um ein Gehäuse mit einem Umlenkspiegel handeln, durch welchen ein Laser strahl in den Bearbeitungskopf eingekoppelt oder ausgekoppelt wird. Ein solches Funktionsmodul kann auch beispielsweise ein Scannerblock sein, der einen Scanspiegel aufweist, dessen Winkellage elektronisch ansteu erbar ist. Eine Funktionskomponente kann beispielsweise eine elektri sche Steuerung oder ein Elektronikbauteil sein, welches in den Gehäu segrundkörper eingesetzt, eingeschoben oder daran befestigt wird. Als weitere Funktionskomponente kann beispielsweise ein Objektiv oder eine Kollimatorlinse vorgesehen sein.
Der Gehäusegrundkörper des Bearbeitungskopfs weist zumindest einen ersten Gehäusegrundflächenabschnitt mit einer Schnittstelle zum An schluss des Funktionsmoduls auf und/oder zumindest einen zweiten Grundflächenabschnitt mit einer Anschlussstelle für eine Handhabungs einrichtung oder für ein Gehäuse einer Laserbearbeitungsmaschine auf und/oder zumindest einen dritten Grundflächenabschnitt mit einer Aus nehmung zum Einsetzen der zumindest einen Funktionskomponente in das Innenvolumen des Gehäusegrundkörpers auf. Durch eine solche Ausgestaltung kann eine erhöhte Modularität und Flexibilität erzielt wer den. Ausgehend von einem noch unbearbeiteten Gehäusegrundkörper können die Grundflächenabschnitte spezifisch eingebracht und angepasst und für den jeweiligen Anwendungsfall ausgebildet sein. Dabei kann der Gehäusegrundflächenabschnitt lediglich durch einen äußeren umlaufen den Rahmen gebildet werden, der durch die Dicke der benachbarten und daran angrenzenden Grundflächenabschnitte bestimmt ist. Auch kann ein Grundflächenabschnitt vollflächig ausgebildet sein und mit Bohrun gen oder Anschlusselementen versehen sein. Auch kann ein Grundflä chenabschnitt eine Ausnehmung aufweisen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Grundflächenabschnitte, insbeson dere sechs Grundflächenabschnitte, in X-, Y- und in Z-Richtung einen steifen Rahmen oder Rechteck- Profil bilden. Dies ermöglicht nicht nur eine sichere Aufnahmeanordnung einzelner Komponenten, sondern auch eine hohe Präzision bei der Aufnahme und der Ausrichtung von optischen Komponenten im Bearbeitungskopf.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schnittstelle, die An schlussstelle und/oder die Ausnehmung der Grundflächenabschnitte eine Anlagefläche aufweisen. Diese Anlagefläche dient zum Anschluss des Funktionsmoduls, der Handlingseinrichtung und/oder weiteren Funkti onskomponenten als auch zur Aufnahme einer Gehäuseabdeckung. Nach dem Einsetzen der zumindest einen Funktionskomponente und/oder dem Anschluss des Funktionsmoduls und/oder der Funktionskomponente und/oder der Gehäuseabdeckung und/oder der Handhabungseinrichtung kann das Gehäuse vollständig geschlossen werden. Die in dem Gehäu segrundkörper des Bearbeitungskopfs angeordneten Funktionsmodule, Funktionskomponenten oder dergleichen sind dadurch vollständig gegen äußere Einflüsse geschützt.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass an der Anlagefläche der Grundflächenabschnitte und/oder an einer Anlagefläche einer Gehäuse abdeckung der Funktionskomponente und/oder des Funktionsmoduls eine umlaufende Nut zur Aufnahme einer Dichtung oder eine Dichtnut vorgesehen ist. Dadurch kann nach dem Befestigen der Gehäuseabde ckung, der Funktionskomponente und/oder des Funktionsmoduls am Ge häuse eine abdichtende Anordnung geschaffen werden, um die zumin dest eine optische Komponente vor Verschmutzungen zu schützen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Bearbeitungskopfes sieht vor, dass jeweils eine Ausnehmung von zwei oder drei aneinandergren zenden Grundflächenabschnitte eine gemeinsame Ausnehmung bilden. Dadurch kann sich die Ausnehmung über eine Seitenkante von zwei an einandergrenzenden Grundflächen erstrecken oder sogar über einen Be reich von drei aneinandergrenzenden Grundflächenabschnitten. Dadurch kann eine verbesserte Zugänglichkeit in das freie Innenvolumen des Ge häuses gegeben sein.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Bearbeitungskopfes sieht vor, dass der Gehäusegrundkörper durch spanabhebende Bearbeitung aus einem Vollmaterial hergestellt ist. Insbesondere durch eine Hochge- schwindigkeits-Materialbearbeitung kann eine kosten effektive Fertigung eines solchen Gehäuses ermöglicht sein. Gleichzeitig wird eine stabile, insbesondere einteilige, Ausgestaltung des Gehäusegrundkörpers ge schaffen.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Gehäusegrundkörper aus ei nem strangförmigen Rechteckprofil hergestellt ist. Dadurch kann eine weitere Verkürzung in der Fertigungszeit erzielt werden.
Vorteilhafterweise ist der Gehäusegrundkörper und/oder die Gehäuseab deckung aus einem Leichtmetall hergestellt. Bevorzugt wird dabei ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung vorgesehen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gelöst, welche eine Handhabungsein richtung umfasst, an der ein Bearbeitungskopf vorgesehen ist, sowie eine Strahlquelle mit einer Strahlführung, die sich zwischen der Strahl quelle und dem Bearbeitungskopf erstreckt. Der Bearbeitungskopf um fasst zumindest ein Strahlführungselement, durch welches ein Laser strahl umgelenkt und auf ein zu bearbeitendes Werkstück gerichtet ist. Der Bearbeitungskopf ist nach einem der vorbeschriebenen Ausführungs- formen ausgebildet. Dadurch kann eine flexible Anpassung an die jewei lige Ausgestaltung der Laserbearbeitungsvorrichtung erfolgen, so dass eine hohe Modularität und Schnittstellenflexibilität gegeben sind.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiter bildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnun gen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Be schreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungs gemäß angewandt werden. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbei tungsvorrichtung zur Bearbeitung von beispielsweise dreidimensionalen Bauteilen,
Figur 2 eine perspektivisch vergrößerte Ansicht eines Bear beitungskopfes der Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung von beispielsweise dreidimensiona len Bauteilen gemäß Figur 1, und
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Aus führungsform des Bearbeitungskopfes zu Figur 2.
In Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Laserbearbeitungs vorrichtung 11 zur Bearbeitung von einem Werkstück 12 dargestellt. Diese Laserbearbeitungsvorrichtung 11 ist insbesondere zum Laser schweißen vorgesehen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 11 umfasst eine Handhabungseinrichtung 14 mit einem daran vorgesehenen Bear beitungskopf 41, insbesondere einen Schweißkopf.
Die Handhabungseinrichtung 14 ist als ein mehrachsiger Manipulator 17 ausgebildet, welcher eine stationäre Basis 18, ein Karussell 19, eine Schwinge 20, einen Arm 21 und eine Hand 22 aufweist. Die Bewegungs möglichkeiten des Manipulators 17 sind in Figur 1 durch Doppelpfeile veranschaulicht. Demnach verfügt der Manipulator 17 über sechs Bewe gungsachsen.
Der Bearbeitungskopf 41 ist an der Hand 22 des Manipulators 17 ange bracht. Ein von einer Strahlquelle 15 generierter Laserstrahl 25 wird dem Bearbeitungskopf 41 mittels einer Strahlführung 16 zugeführt. Be vorzugt ist als Strahlführung 16 ein Laserlichtleitkabel vorgesehen. Der Bearbeitungskopf 41 umfasst zumindest ein Strahlführungselement 42. Dieses kann Teil einer Funktionskomponente 66 oder eines Funktions moduls 55 sein. Vorzugsweise kann das Strahlführungselement 42 als Fokussieroptik ausgebildet sein, die beim Betrieb der Laserbearbeitungs vorrichtung 11 den Laserstrahl 25 bündelt und auf eine Bearbeitungs stelle 26, insbesondere Schweißstelle, des zu bearbeitenden Werkstücks 12 richtet.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 11 kann alternativ auch eine Vorrich tung zum Aufbau von Werkstücken durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials sein. Diese Laserbearbei tungsvorrichtungen 11 werden auch als 3D-Drucksysteme, selektive La sersintermaschinen, selektive Laserschmelzmaschinen, oder dergleichen bezeichnet. An einem Gehäuse dieser Laserbearbeitungsvorrichtung 11 kann der Bearbeitungskopf 41 befestigt sein. Alternativ kann der Bear beitungskopf 41 auch an einem Linearachsensystem des Gehäuses be festigt sein.
In Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht des Bearbeitungskopfes 41 dargestellt. Dieser Bearbeitungskopf 41 umfasst einen Gehäusegrund körper 43, welcher ein freies Innenvolumen 44 umgibt. Dieser Gehäu segrundkörper 43 umfasst bevorzugt sechs zueinander ausgerichtete Grundflächenabschnitte 46, 47, 48, 49, 50, 51. Vorzugsweise sind diese Grundflächenabschnitte 46, 47, 48, 49, 50, 51 jeweils rechtwinklig zuei nander ausgerichtet. Dadurch ist ein rechteckförmiger oder kubusförmi ger Gehäusegrundkörper 43 gebildet. Zumindest zwei, vorzugsweise drei, Grundflächenabschnitten 46, 47, 48, 49, 50, 51 weichen voneinan- der ab. Dadurch kann eine erhöhte Modularität des Gehäusegrundkör pers 43 erzielt werden. Ein erster Grundflächenabschnitt 46 ist beispiels weise als eine Schnittstelle 54 für ein Funktionsmodul 55 ausgebildet. Dieses Funktionsmodul 55 kann beispielsweise eine Umlenkeinrichtung sein, um den Laserstrahl 25 in einer Raumrichtung umzulenken, bei spielsweise um den Laserstrahl 25 von der Strahlquelle 15 in das Innere des Gehäusegrundkörpers 43 zu führen. Eine solche Schnittstelle 54 kann einen streifenförmigen oder flanschförmigen Grundflächenabschnitt 46 aufweisen. Eine Anlagefläche 56 des Grundflächenabschnittes 46 kann beispielsweise durch die Wandstärke der weiteren daran angren zenden Grundflächenabschnitte 47, 48, 49 und 50 ausgebildet sein. Dadurch ist eine großflächige Zugänglichkeit in den Innenraum des Ge häuses gegeben. Im Ausführungsbeispiel ist der Grundflächenabschnitt 51 gleich wie der Grundflächenabschnitt 46 ausgebildet, der das Funkti onsmodul 55 aufweist.
In der Anlagefläche 56 ist bevorzugt ein Lochbild für Befestigungsele mente vorgesehen. Diese Befestigungselemente sind bevorzugt lösbare Befestigungselemente, wie beispielsweise Schrauben oder dergleichen. Ein komplementäres Lochbild umfasst das daran anschließbare Funkti onsmodul 55. Sofern ein Anschluss des Funktionsmoduls 55 an diese Schnittstelle 54 nicht erforderlich ist, kann dieser Grundflächenabschnitt 56 mit einer plattenförmigen Gehäuseabdeckung 64 geschlossen sein, wie dies beispielsweise in Figur 3 dargestellt ist. Die Gehäuseabdeckung 64 weist ein analoges Lochbild zur Anlagefläche 56 auf.
Die Anlagefläche 56 des ersten Grundflächenabschnitts 46 weist bevor zugt eine nut-förmige Vertiefung 58 auf. In diese Vertiefung 58 kann eine umlaufende Dichtung eingesetzt werden, um daraufhin eine abge dichtete Schnittstelle 54 zu bilden. Alternativ kann die Schnittstelle 54 auch durch eine Dichtnut geschlossen werden, das heißt, dass an einer Anlagefläche 56 beispielsweise die nut-förmige Vertiefung 58 vorhanden ist und an der daran anbringbaren Gehäuseabdeckung 64 oder dem Funktionsmodul 55 ein hervorstehender Steg vorgesehen ist, der in die Vertiefung 58 eingreift. Ein zweiter Grundflächenabschnitt 47 des Gehäusegrundkörpers 43 ge mäß Figur 2 umfasst beispielsweise eine Anschlussstelle 61 für die Hand habungseinrichtung 14, insbesondere die Hand 22 der Handhabungsein richtung 14.
Ein dritter Grundflächenabschnitt 48 umfasst beispielsweise eine Aus nehmung 65. Eine solche Ausnehmung 65 kann zum Einsetzen einer Funktionskomponente 66 in das Innere des Gehäusegrundkörpers 43 dienen. Im Ausführungsbeispiel kann diese Funktionskomponente 66 eine Scanneroptik mit zumindest einem Strahlführungselement 42 oder Umlenkspiegel sein. Eine solche Funktionskomponente 66 kann auch eine Leiterplatte oder ein Elektronikmodul oder dergleichen sein. Des Weiteren kann eine solche Funktionseinrichtung 66 auch eine Optik oder eine Linse, insbesondere Fokussieroptik, sein, durch welche ein Laser strahl ein- und/oder austritt.
Dem dritten Grundflächenabschnitt 48 gegenüberliegend ist ein vierter Grundflächenabschnitt 49 vorgesehen. Dieser kann beispielsweise voll flächig ausgebildet sein. Zwischen dem dritten Grundflächenabschnitt 48 und dem vierten Grundflächenabschnitt 49 erstreckt sich der fünfte Grundflächenabschnitt 50. Dieser kann eine der vorbeschriebenen Aus führungsformen aufweisen.
Der sechste Grundflächenabschnitt 51 ist im Ausführungsbeispiel gleich zum ersten Grundflächenabschnitt 46 ausgebildet. Auch kann dieser ab weichend in Abhängigkeit des aufzunehmenden Funktionsmoduls 55 und/oder der einzusetzenden Funktionskomponente 66 oder der daran anzubringenden Funktionskomponente 66 ausgebildet sein.
Bei der Ausführungsform des Gehäusegrundkörpers 43 des Bearbei tungskopfes 41 ist bevorzugt vorgesehen, dass in X-Richtung die Grund flächenabschnitte 46 und 51 gleich ausgebildet sind, sodass ein rohrför miger Gehäusegrundkörper 43 gebildet ist. Dieser Gehäusegrundkörper 43 des Bearbeitungskopfes 41 ist einteilig ausgebildet und weist eine stabile und steife Rahmenkonstruktion auf. Bevorzugt ist dieser Gehäusegrundkörper 43 aus einem Vollmaterial ge fräst oder aus einem vorgefertigten, strangförmigen, insbesondere stranggepressten, Rechteckprofil hergestellt. Bevorzugt wird ein Leicht metall, insbesondere ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ver wendet.
In Figur 3 ist eine alternative Ausgestaltung des Bearbeitungskopfes 41 zu Figur 2 dargestellt. Der Aufbau des Gehäusegrundkörpers 43 mit ei nem freien Innenvolumen 44 ist analog zu Figur 2. Bei dieser Ausfüh rungsform ist beispielsweise vorgesehen, dass sich die Ausnehmung 65 von dem vierten Grundflächenabschnitt 49 in den ersten Grundflächen abschnitt 46 erstreckt. Dadurch ist ein freier Bereich entlang einer Sei tenkante des Gehäusegrundkörpers 43 geschaffen, um eine Funktions komponente 66 darin einzusetzen. Des Weiteren weist beispielsweise der vierte Grundflächenabschnitt 49 eine weitere Gehäuseabdeckung 64 mit daran befestigten Anschlusselementen, insbesondere elektronischen Bauteilen, auf. Diese Gehäuseabdeckung 64 kann am Grundflächenab schnitt 49 befestigt sein.
An einer Unterseite des dritten Grundflächenabschnitts 48 ist als Funkti onskomponente 66 eine Montageplatte 74 vorgesehen, welche eine wei tere Funktionskomponente 66 wie beispielsweise ein Objektiv oder eine Linse aufnimmt und diese zum Gehäusegrundkörper 43 fixiert. Ergän zend ist bei dieser Ausführungsform an dem Grundflächenabschnitt 51 ein Flanschanschluss 75 als weitere Funktionskomponente 66 für eine Strahlführung 16 zwischen dem Bearbeitungskopf 41 und der Strahl quelle 15 vorgesehen. Dieser Grundflächenabschnitt 51 weist somit eine Anschlussstelle 61 für den Flanschanschluss 75 auf.
Der Gehäusegrundkörper 43 gemäß Figur 3 umfasst in Analogie zur Aus führungsform in Figur 2 ebenfalls eine steife und stabile Rahmenkon- struktion. Die Herstellung des Gehäusegrundkörpers 43 und die Verwen dung der Materialien erfolgt entsprechend dem Gehäusegrundkörper 43 in Figur 2.

Claims

Ansprüche
1. Bearbeitungskopf zur Führung eines Laserstrahls (75) zur Bearbei tung eines Werkstücks, mit einem Gehäusegrundkörper (43), in welchem zumindest ein Strahlführungselement (42) anordenbar ist und mit zumindest einem Funktionsmodul (55) welches an dem Gehäusegrundkörper (43) anschließbar ist oder in den Gehäu segrundkörper (43) einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusegrundkörper (43) mit wenigstens zwei zueinander aus gerichteten Grundflächenabschnitten (46, 47, 48, 49, 50, 51) auf weist, die ein freies Innenvolumen (44) des Gehäusegrundkörpers (43) zumindest teilweise umgeben, wobei wenigstens zwei der Ge häuseflächenabschnitte (46, 47, 48, 49, 50, 51) abweichend zuei nander zur Aufnahme und/oder zum Einsetzen von dem zumindest einen Funktionsmodul (55) und/oder von zumindest einer Funkti onskomponente (66) ausgebildet sind.
2. Bearbeitungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächenabschnitte (46, 47, 48, 49, 50, 51), insbesondere sechs zueinander ausgerichtete Grundflächenabschnitte (46, 47,
48, 49, 50, 51) einen in X-, Y- und Z-Richtung steifen Rahmen oder ein Rechteck-Profil bilden.
3. Bearbeitungskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass zumindest ein erster Grundflächenabschnitt (46) eine Schnittstelle (54) zum Anschluss des Funktionsmoduls (55) oder der Funktionskomponente (66) bildet und/oder zumindest ein zwei ter Grundflächenabschnitt (47) eine Anschlussstelle (61) für eine Handhabungseinrichtung (62) bildet und/oder zumindest ein dritter Grundflächenabschnitt (48) eine Ausnehmung (65) zum Einsetzen der zumindest einen Funktionskomponente (66) in das Innenvolu men (44) des Gehäusegrundkörpers (43) umfasst.
4. Bearbeitungskopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (54), die Anschlussstelle (61) und/oder die Aus nehmung (65) zumindest eine Anlagefläche (56) zum Anschluss ei ner Gehäuseabdeckung (64) und/oder des Funktionsmoduls (55) und/oder der Funktionskomponente (66) und/oder der Handha bungseinrichtung (62) aufweist.
5. Bearbeitungskopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anlagefläche (56) der Grundflächenabschnitte (46, 47, 48, 49, 50, 51) und/oder an einer Anlagefläche der Gehäuseabdeckung (64), der Funktionskomponente (66), des Funktionsmoduls (55) und/oder der Handhabungseinrichtung (62) eine umlaufende Nut (58) zur Aufnahme einer Dichtung oder zur Bildung einer Dichtnut vorgesehen ist.
6. Bearbeitungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmodul (55) und/oder die Funktionskomponente (66) und/oder die Gehäuseabdeckung (64) und/oder der Handhabungseinrichtung (62) durch lösbare Be festigungselemente mit dem Gehäusegrundkörper (43) verbindbar sind.
7. Bearbeitungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Ausnehmung (65) von zwei oder drei aneinandergrenzenden Grundflächenabschnitten (46, 47, 48, 49, 50, 51) eine gemeinsame Ausnehmung bilden.
8. Bearbeitungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusegrundkörper (43) durch spanabhebende Bearbeitung aus einem Vollmaterial hergestellt ist.
9. Bearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Gehäusegrundkörper (43) aus einem strangförmigen Rechteck- Profil hergestellt ist.
10. Bearbeitungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusegrundkörper (43) aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder einer Alumi niumlegierung, hergestellt sind.
11. Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer Handhabungseinrichtung (14), an welcher ein Bearbeitungskopf (41) angeordnet ist, mit ei ner Strahlquelle (15) und mit einer Strahlführung (16), die sich zwischen der Strahlquelle (15) und dem Bearbeitungskopf (41) er streckt, der zumindest ein Strahlführungselement (42) umfasst, durch welches ein Laserstrahl (25) der Strahlquelle (15) umgelenkt und auf ein zu bearbeitendes Werkstück (12) gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (41) nach ei nem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
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