帶有具有配合的偏轉(zhuǎn)單元的線纜引導(dǎo)系統(tǒng)的用于熱處理工件的激光束機(jī)器的制造方法
【專利摘要】一種激光束機(jī)器，其具有用于將激光束發(fā)射到待處理的工件上的激光頭（3），以及用于使所述激光頭（3）物理地運(yùn)動的運(yùn)動單元（1、2、9），所述運(yùn)動單元具有線性運(yùn)動的機(jī)器門架（1）和橫向滑架（2），該橫向滑架被保持成能夠使其在所述機(jī)器門架上以橫向方式運(yùn)動，其中，帶有最小允許彎曲半徑的柔性纖維線纜（10）在上激光頭端上的進(jìn)入點(diǎn)處進(jìn)入以便傳送激光束，并且其中，提供線纜引導(dǎo)系統(tǒng)（12、13）以便至少在其長度的一部分上引導(dǎo)所述纖維線纜（10）。為了提供起源于上文的激光束機(jī)器，在該激光束機(jī)器中，在纖維線纜（10）不承受過度負(fù)載的情況下，激光頭（3）的傾斜位置也是可行的，本發(fā)明提出所述線纜引導(dǎo)系統(tǒng)（12、13）具有偏轉(zhuǎn)單元（13），該偏轉(zhuǎn)單元裝配于所述激光頭（3）并且預(yù)先規(guī)定撓曲的剛性偏轉(zhuǎn)弧，該偏轉(zhuǎn)弧在所述進(jìn)入點(diǎn)上方延伸并且緊密毗鄰所述進(jìn)入點(diǎn)，并且借助于該偏轉(zhuǎn)弧，所述纖維線纜（10）被引導(dǎo)到所述進(jìn)入點(diǎn)，并且該偏轉(zhuǎn)弧的半徑大于所述纖維線纜（10）的最小允許彎曲半徑。
【專利說明】
帶有具有配合的偏轉(zhuǎn)單元的線纜引導(dǎo)系統(tǒng)的用于熱處理工件的激光束機(jī)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及激光束機(jī)器，包括:
?用于將激光束發(fā)射到待處理工件上的激光頭，
?用于使激光頭空間地運(yùn)動的運(yùn)動單元，該運(yùn)動單元具有線性運(yùn)動的機(jī)器門架(portal)，橫向滑架(carriage)保持在該機(jī)器門架上使得能夠使其以橫向方示運(yùn)動，并且激光頭安裝在該機(jī)器門架上，
?帶有最小允許彎曲半徑的柔性纖維線纜，其將激光束傳送到激光頭并且因而在上激光頭端上的進(jìn)入點(diǎn)處進(jìn)入，以及
?用于至少在其長度的一部分上引導(dǎo)纖維線纜的線纜引導(dǎo)系統(tǒng)。
[0002]通過使用激光束機(jī)器進(jìn)行熱處理用于工件的自動分離、焊接、拆卸、壓型、硬化或標(biāo)記。在此使激光束相對于待處理工件的表面運(yùn)動。
【背景技術(shù)】
[0003]激光束機(jī)器具有用于生成激光束的激光源以及激光頭。激光束從激光源被供應(yīng)到所述頭部并且被引導(dǎo)到待處理的工件上。激光頭的外殼保護(hù)性地容納了集中激光束所需的部件。
[0004]激光頭和工件之間的相對運(yùn)動通常被實現(xiàn)為，激光頭作為運(yùn)動單元能夠沿所有空間方向運(yùn)動，使得在工件的處理期間，以受控方式循沿存儲在機(jī)器控制中的圖案。
[0005]呈氣體激光器、光纖激光器、碟片激光器和二極管激光器形式的高功率激光器被用作激光源，其中，圓形極化或未極化激光輻射主要用于避免輪廓切割期間吸收行為的任何方向性依賴。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是二氧化碳?xì)怏w激光器(CO2激光器)、摻釹釔鋁石榴石激光器(Nd: YAG激光器)和最近的摻鐿石英玻璃振蕩器通常被用作碟片激光器或呈光纖形式(鐿激光器)。
[0006]鏡系統(tǒng)或呈柔性光纖形式的光學(xué)波導(dǎo)適于將激光束傳送到激光頭;纖維光學(xué)一般能夠比鏡系統(tǒng)更容易地操作。在此在單個光學(xué)纖維內(nèi)或者在組合成束的多個光學(xué)纖維中將激光束引導(dǎo)到激光頭。在下文中，術(shù)語“光學(xué)纖維”或者“纖維線纜”指的是單個纖維和一束光學(xué)纖維二者。
[0007]纖維線纜固定在激光頭的上端處，并且遵循其橫向運(yùn)動和豎直運(yùn)動。纖維線纜因此鋪設(shè)成使得其能夠遵循激光頭的整個潛在運(yùn)動路徑而不會達(dá)不到預(yù)定的最小彎曲半徑(這將導(dǎo)致纖維線纜的破損)。
[0008]在小處理區(qū)域或低激光功率的情況下，標(biāo)準(zhǔn)線纜懸掛件適用于保持纖維線纜。這里可以提供用于機(jī)械保護(hù)纖維線纜和用于遵守許用彎曲半徑的額外的罩(cover)。這樣的罩比如從DE 39 06 571 Al中已知。
[0009]然而，在高速切割操作中，可以產(chǎn)生機(jī)械振動和大的離心力。這些可以不利地影響光束品質(zhì)并且甚至導(dǎo)致纖維線纜的破損，從而激光離開進(jìn)入環(huán)境內(nèi)。
[0010]為了降低這種風(fēng)險，DE 196 07 327 B4提出根據(jù)上述類型的激光束機(jī)器。這種機(jī)器包括用于生成激光束的激光源、用于熱處理工件的激光頭，以及用于將激光束傳送到激光頭的纖維線纜。運(yùn)動單元用于使激光頭在工件表面上方的水平平面中運(yùn)動并且調(diào)節(jié)其距工件的豎直距離。為了執(zhí)行水平運(yùn)動，運(yùn)動單元包括關(guān)于雙向連續(xù)位移運(yùn)動學(xué)的線性引導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許激光頭沿兩個位移軸線的平移位移，其中所述兩個位移軸線彼此正交并且如帶有橫向滑架的活動機(jī)器門架那樣以標(biāo)準(zhǔn)方式就構(gòu)造設(shè)計。
[0011]纖維線纜沿整個線性引導(dǎo)系統(tǒng)延伸直到上激光頭端處的進(jìn)入點(diǎn)，并且以足夠大的自由弧被供應(yīng)到所述點(diǎn)。在特別變形集中的長度區(qū)段，其由以U形鋪設(shè)的變形限制的、柔性保護(hù)鞘圍繞。變形集中的長度區(qū)段包括從靜止點(diǎn)到活動機(jī)器門架以及從這里到活動橫向滑架的過渡段。在激光頭的平移運(yùn)動期間，U形保護(hù)鞘的腿部的長度變化，而不是U形的半徑變化，使得在激光頭的運(yùn)動期間，也遵從引導(dǎo)到其中的纖維線纜的最小彎曲半徑。其他控制、數(shù)據(jù)和供應(yīng)線能夠裝納在保護(hù)鞘內(nèi)，其也被稱為線纜拖鏈或者能量鏈。
[0012]DE 10 2010 004 193 Al描述了一種用于使用激光束在電路板上熱連接電子或機(jī)械部件的裝置。電路板定位在活動平面工作臺上，激光發(fā)生器設(shè)置在該工作臺附近并且激光束的偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件布置于該工作臺上。借助于柔性光學(xué)波導(dǎo)將激光束從激光發(fā)生器引導(dǎo)到準(zhǔn)直器，該準(zhǔn)直器設(shè)置在偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件的正前方。激光束由準(zhǔn)直器平行地對齊并且被引導(dǎo)到基底上。光學(xué)波導(dǎo)遵循偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件在平面工作臺上的運(yùn)動，并且以環(huán)圈(loop)形式鋪設(shè)在線纜拖鏈中。
[0013]US 2010/0147810 Al公開了一種CNC激光束機(jī)器，其帶有用于發(fā)射激光束的激光頭和用于激光頭的空間運(yùn)動并且使機(jī)器門架和橫向滑架線性地運(yùn)動的運(yùn)動單元。激光束通過纖維-激光發(fā)生器(光纖激光器)生成。光纖激光器被封罩在塑料保護(hù)罩內(nèi)并且在具有預(yù)定的最小曲率半徑的能量鏈內(nèi)被引導(dǎo)。塑料保護(hù)罩在此被固定在能量鏈的開始處和終止處，以避免纖維激光散逸到能量鏈外。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]技術(shù)目標(biāo)
激光束機(jī)器能夠以柔性方式使用并且例如適于要求不僅激光束沿正交方向被引導(dǎo)到工件表面上，而且還要求用偏斜照射的激光束進(jìn)行處理的纖維切割。這里可能需要激光頭能夠相對于豎直傾斜，這需要纖維線纜上具有彎曲或扭轉(zhuǎn)負(fù)載。
[0015]本發(fā)明的目的在于，提供一種激光束機(jī)器，其中，在纖維線纜不過度加載的情況下激光頭的傾斜位置也是可行的。
[0016]本發(fā)明的大體描述
源于上述類型的激光束機(jī)器的這種目的根據(jù)本發(fā)明被實現(xiàn)，其中線纜引導(dǎo)系統(tǒng)具有偏轉(zhuǎn)單元，該偏轉(zhuǎn)單元安裝在激光頭上并且預(yù)先確定機(jī)械偏轉(zhuǎn)弓(mechanical deflect1nbow)，該機(jī)械偏轉(zhuǎn)弓在進(jìn)入點(diǎn)上方延伸并且緊密毗鄰進(jìn)入點(diǎn)，并且借助于該機(jī)械偏轉(zhuǎn)弓，纖維線纜被引導(dǎo)至進(jìn)入點(diǎn)，并且該機(jī)械偏轉(zhuǎn)弓的半徑大于纖維線纜的最小允許彎曲半徑。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，偏轉(zhuǎn)單元(經(jīng)由其將纖維線纜引導(dǎo)至激光頭)固定到激光束機(jī)器的激光頭。由于這種固定，偏轉(zhuǎn)單元也執(zhí)行激光頭在空間內(nèi)的所有運(yùn)動，特別是也相對于豎直傾斜。延伸到上激光頭端處的進(jìn)入點(diǎn)的纖維線纜弧在此由機(jī)械剛性偏轉(zhuǎn)弓固定地預(yù)先確定。纖維線纜弧因此并非如已知激光束機(jī)器中那樣由線纜在空間內(nèi)的自由弧形成而形成，而是該弧被機(jī)械地預(yù)先確定并且不隨時間變化。相對于從現(xiàn)有技術(shù)中已知的自由“動態(tài)弧”，在下文中這種纖維線纜弧也被稱為“靜態(tài)弧”或者“支撐弧”。靜態(tài)弧具有下列優(yōu)點(diǎn):
?使纖維線纜的位置機(jī)械地穩(wěn)定直到激光頭的進(jìn)入點(diǎn)。特別地發(fā)生在帶有快速方向改變的切割操作中的離心力不涉及纖維線纜并且僅由偏轉(zhuǎn)單元去除。
?由機(jī)械剛性偏轉(zhuǎn)弓預(yù)先確定的彎曲半徑能夠比在形成自由動態(tài)弧的情況下必須容許的纖維線纜的彎曲半徑小得多。更小的彎曲半徑更狹小、需要更小的空間并且因此允許更緊湊的結(jié)構(gòu)。具體地，相比于具有更大延伸的自由弧，在激光頭方向改變或旋轉(zhuǎn)時其承受更小的離心加速度。
[0018]運(yùn)動單元包括機(jī)器門架，該機(jī)器門架能夠沿工作臺的縱向方向運(yùn)動。門架狀結(jié)構(gòu)的特征在于高度的機(jī)械穩(wěn)定性并且允許在其上安裝有激光頭的橫向滑架沿橫向方向(垂直于縱向方向)運(yùn)動。因此，借助于運(yùn)動單元，能夠使激光頭在工作臺的整個區(qū)域上方運(yùn)動。
[0019]偏轉(zhuǎn)單元直接地或經(jīng)由一個或多個中間元件間接地緊固到激光頭。其包括偏轉(zhuǎn)弓，該偏轉(zhuǎn)弓至少部分地在纖維線纜的進(jìn)入點(diǎn)上方延伸進(jìn)入激光頭內(nèi)并且因而在進(jìn)入點(diǎn)處緊密地毗鄰豎直，使得纖維線纜在離開偏轉(zhuǎn)弓時以筆直延伸或最好帶有小彎曲地觸碰到激光頭進(jìn)入點(diǎn)上。
[0020]為此目的，偏轉(zhuǎn)弓優(yōu)選地相對于激光頭設(shè)計和設(shè)置成使得纖維線纜在遠(yuǎn)離激光頭的接觸點(diǎn)處觸碰到偏轉(zhuǎn)弓上并且在接近激光頭的接觸點(diǎn)處從偏轉(zhuǎn)弓向下延伸到進(jìn)入點(diǎn)。[0021 ]將纖維線纜從下方供應(yīng)到偏轉(zhuǎn)弓、在偏轉(zhuǎn)弓上方引導(dǎo)并且使其在偏轉(zhuǎn)弓靠近激光頭的一側(cè)處以近乎直線地或至多帶有向進(jìn)入點(diǎn)的輕微彎曲的方式向下通過。偏轉(zhuǎn)弓在此設(shè)置成盡可能靠近激光頭的縱軸線并且因而確保短的橫向延伸，這在偏轉(zhuǎn)單元的給定彎曲半徑下盡可能小(=小的橫向延伸)。在激光頭繞其噴炬尖端(torch tip，所謂的“工具中心點(diǎn)”(TCP))樞轉(zhuǎn)運(yùn)動期間，或者在激光頭繞其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)期間，纖維線纜必須因此遵循更短的運(yùn)動路徑。
[0022]這也由如下事實支持:如上文已經(jīng)解釋的那樣，偏轉(zhuǎn)點(diǎn)預(yù)先確定纖維線纜的彎曲的靜態(tài)半徑，這能夠是相對小的并且優(yōu)選地在100至150 mm的范圍中。
[0023]在激光束機(jī)器的特別有利的實施例中，纖維線纜和偏轉(zhuǎn)單元的小的橫向延伸的優(yōu)點(diǎn)更甚地增強(qiáng)，在所述實施例中，遠(yuǎn)離激光頭的接觸點(diǎn)和延伸通過進(jìn)入點(diǎn)的光束供應(yīng)軸線之間的距離(A)小于偏轉(zhuǎn)弓的直徑。
[0024]光束供應(yīng)軸線定位在激光切割頭的工具軸線中。纖維線纜在此不僅描繪繞偏轉(zhuǎn)弓的半圓；而且描繪比如四分之三的圓。纖維線纜不在具有距工具軸線最大距離(該最大距離將對應(yīng)于偏轉(zhuǎn)弓的直徑)的點(diǎn)處觸碰到偏轉(zhuǎn)弓上，而是在更靠近工具軸線的點(diǎn)處觸碰到偏轉(zhuǎn)弓上，并且之后被引導(dǎo)圍繞偏轉(zhuǎn)弓直到靠近激光頭的接觸點(diǎn)，在該處其再次離開偏轉(zhuǎn)弓。
[0025]由于在激光頭上的緊密引導(dǎo)，纖維線纜靠近工具軸線(也被稱為C-軸線)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)延伸并且承受離心力，在運(yùn)動方向快速變化時該離心力盡可能小。
[0026]已經(jīng)表明當(dāng)偏轉(zhuǎn)單元包括支架和轉(zhuǎn)接器時是有用的，其中轉(zhuǎn)接器經(jīng)由支架固定到激光頭并且將偏轉(zhuǎn)弓連接到纖維線纜的保護(hù)管。
[0027]如果必要，則纖維線纜可以由比如金屬或者塑料的波紋管的柔性保護(hù)管圍繞。在這種管中，其以受保護(hù)的方式供應(yīng)到轉(zhuǎn)接器，該轉(zhuǎn)接器一方面設(shè)有用于柔性保護(hù)管的接受器，另一方面設(shè)有用于剛性偏轉(zhuǎn)弓的接受器。因此纖維線纜經(jīng)由轉(zhuǎn)接器通過到達(dá)偏轉(zhuǎn)弓。已經(jīng)在上文提及的遠(yuǎn)離激光頭的接觸點(diǎn)(并且纖維線纜在該處進(jìn)入偏轉(zhuǎn)弓)定位在轉(zhuǎn)接器中或者在其緊鄰。
[0028]轉(zhuǎn)接器本身被保持在支架上，該支架直接地或者經(jīng)由一個或多個中間元件間接地連接到激光頭，使得其也執(zhí)行激光頭的所有運(yùn)動，尤其是從豎直傾斜。支架、轉(zhuǎn)接器和偏轉(zhuǎn)弓在此是偏轉(zhuǎn)單元的零件。
[0029]尤其對于激光頭上的偏轉(zhuǎn)單元的小的橫向延伸和緊密引導(dǎo)的方面，當(dāng)支架具有與激光頭的縱軸線圍起小于30度的角度的支架中心軸線時是有利的。
[0030]盡管支架中心軸線和激光頭的縱軸線(工具軸線)因此不平行地延伸，但是它們以銳角會聚，與支架從激光頭以鈍角(比如90度的角)橫向突出的情況相比，這對機(jī)器動力學(xué)具有更小的影響?！爸Ъ苤行妮S線”在此被理解為激光頭上的支架固定和轉(zhuǎn)接器之間的假想筆直連接線。
[0031]保護(hù)管在運(yùn)動空間內(nèi)以區(qū)段方式延伸，該運(yùn)動空間在機(jī)器門架和激光頭之間的區(qū)域中延伸，并且在此其一端連接于轉(zhuǎn)接器并且另一端連接于機(jī)器門架。
[0032]纖維線纜的保護(hù)管被緊固到機(jī)器門架的橫向滑架并且以一個或多個弧的方式松散地從該處鋪設(shè)通過這種運(yùn)動空間。運(yùn)動空間定位在與待處理工件和激光頭相同的機(jī)器門架的一側(cè)處。纖維線纜從該處被向上引導(dǎo)到轉(zhuǎn)接器。鋪設(shè)在運(yùn)動空間中的纖維線纜遵循激光頭的運(yùn)動。越靠近工具軸線引導(dǎo)纖維線纜，運(yùn)動幅度越小。在此方面，即使被松散地鋪放，但是纖維線纜在運(yùn)動空間內(nèi)的鋪設(shè)長度也盡可能短。
[0033]已經(jīng)表明當(dāng)保護(hù)管被構(gòu)造成金屬的柔性肋片管并且偏轉(zhuǎn)管由鋁或者碳纖維增強(qiáng)材料構(gòu)成時是有利的。
[0034]偏轉(zhuǎn)弓優(yōu)選地具有壁，該壁被構(gòu)造成以區(qū)段方式管狀地閉合和/或以區(qū)段方式在橫截面中呈殼的形式。
[0035]部分閉合的橫向管壁有助于將纖維線纜固定到偏轉(zhuǎn)弓并且保護(hù)其免于機(jī)械損壞。在最簡單的情況下，偏轉(zhuǎn)弓由經(jīng)由橫向腹板或支柱互連的兩個彎曲側(cè)壁構(gòu)成。
【附圖說明】
[0036]現(xiàn)在將參考實施例和附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。在示意性附圖中:
圖1以三維視圖示出根據(jù)本發(fā)明的激光束機(jī)器的實施例，其帶有定位單元和偏轉(zhuǎn)單元， 圖2以放大的三維示意圖示出帶有偏轉(zhuǎn)單元的激光束機(jī)器的一個區(qū)段，以及圖3以激光束的主視圖示出偏轉(zhuǎn)單元。
【具體實施方式】
[0037]根據(jù)本發(fā)明的激光束機(jī)器在實施例中是激光切割機(jī)器，并且激光頭被構(gòu)造為激光切割炬3。激光切割炬3由光束供應(yīng)單元27和適當(dāng)?shù)呐徏す馇懈铑^24構(gòu)成。
[0038]圖1給出激光切割機(jī)器的運(yùn)動單元和向激光切割炬3供應(yīng)纖維線纜的概覽。
[0039]運(yùn)動單元的基本部件和功能從DE 10 2012 008 122 Al已知。其包括機(jī)器門架I和橫向滑架2，激光切割炬3安裝在橫向滑架2上。機(jī)器門架I和橫向滑架2能夠沿彼此正交的兩個線性軸線5、6運(yùn)動。激光切割炬3能夠借助于線性引導(dǎo)系統(tǒng)9獨(dú)立于其運(yùn)動，其中線性引導(dǎo)系統(tǒng)9帶有沿位移軸線7和8(方向箭頭7 ;8)沿二個空間方向的位移運(yùn)動學(xué)。激光切割炬3能夠沿升降軸線7提升或下降以便調(diào)節(jié)高度。位移軸線8平行于運(yùn)動單元的線性軸線5(方向箭頭)延伸，并且因此是冗余的(redundant)。位移軸線7、8兩者垂直于線性軸線6延伸，使得經(jīng)由沿位移軸線8的位移通過線性引導(dǎo)系統(tǒng)能夠沿冗余軸線5的方向執(zhí)行激光切割炬3的小運(yùn)動。由機(jī)器門架I實現(xiàn)激光切割炬3沿所述軸線的大運(yùn)動。
[0040]激光切割機(jī)器具有摻鐿光纖激光器(圖中未示出)。摻鐿光纖激光器發(fā)射工作波長大約為1070 nm并且具有高激光功率(若干kW)的輻射。激光束經(jīng)由纖維線纜10引導(dǎo)到激光切割炬3。纖維線纜10被構(gòu)造成柔性光學(xué)單個纖維，其設(shè)有塑料覆蓋物以便保護(hù)其不受機(jī)械負(fù)載損傷。在動態(tài)負(fù)載時纖維線纜的自由最小彎曲半徑指定為200 mm。
[0041]纖維線纜10經(jīng)由安裝在橫向滑架2上的能量鏈11向下前進(jìn)進(jìn)入運(yùn)動空間14內(nèi)，激光切割炬3和待處理工件(未示出)也定位在該運(yùn)動空間14中。在這個線纜區(qū)段上，纖維線纜10由用于額外的機(jī)械保護(hù)的帶有波紋輪廓的金屬保護(hù)管12覆蓋，并且以弧的方式供應(yīng)到偏轉(zhuǎn)單元13，這將在下文參考圖2更詳細(xì)地解釋。為了實現(xiàn)纖維線纜10在運(yùn)動空間內(nèi)盡可能小的運(yùn)動，盡可能近地沿工具軸線引導(dǎo)線纜。能量鏈11因此被設(shè)置成使得一個腿部被固定到橫向滑架2并且另一個腿部被固定到激光頭的運(yùn)動單元的線性引導(dǎo)系統(tǒng)9。能量鏈11因此不僅沿豎直(Z-方向)和橫向滑架2的運(yùn)動方向(y-方向)執(zhí)行激光頭的運(yùn)動，還沿X-方向執(zhí)行激光頭的運(yùn)動。因此能夠保持纖維線纜10在運(yùn)動空間14中的鋪設(shè)長度是短的并且能夠盡可能近地沿工具軸線引導(dǎo)纖維線纜。
[0042]圖2以放大比例示出線性引導(dǎo)系統(tǒng)9。其具有雙向連續(xù)位移運(yùn)動學(xué)，這允許激光切割炬3沿位移軸線7和8的位移。提供能夠經(jīng)由驅(qū)動器23位移的以抽屜的方式構(gòu)造的伸縮單元22以便沿位移軸線8的運(yùn)動。在其遠(yuǎn)端，抽屜是叉形的并且形成激光切割頭24的樞轉(zhuǎn)接頭。此外，具有不變長度的兩個支柱31a、31b經(jīng)由球窩接頭連接到激光切割頭24。支柱31a、31b借助于滑塊32、32b被支撐成能夠沿滑動軸線運(yùn)動，其中每個滑塊均具有一個驅(qū)動器?；瑒虞S線與彼此圍起53°的角度并且生成相對于位移方向8傾斜36°角度延伸的平面。
[0043]工具中心點(diǎn)是激光束的焦點(diǎn)，其一般定位在待處理工件的表面上或在其略下方。當(dāng)激光切割頭24的取向改變時，能夠在線性引導(dǎo)系統(tǒng)的輔助下以近似空間固定的方式保持工具中心點(diǎn)。
[0044]為了避免當(dāng)激光切割頭24沿承載設(shè)置的方向傾斜時與線性引導(dǎo)系統(tǒng)的碰撞，激光切割炬3包括光束偏轉(zhuǎn)單元26，其將激光束引導(dǎo)到激光切割頭24。光束供應(yīng)軸線28延伸通過光束偏轉(zhuǎn)單元26并且從其偏移到穿過激光切割頭24的工具對稱軸線25(激光切割頭的對稱軸線)。這種偏移設(shè)置產(chǎn)生激光切割頭24沿激光切割頭的對稱軸線方向的更小延伸，并且減少了激光切割頭24的空間需求。因此，在傾斜時，激光切割頭24能夠進(jìn)入凹口 33，這整體上允許激光切割頭24的大傾斜角度和大工作區(qū)域。
[0045]根據(jù)本發(fā)明，通過使用偏轉(zhuǎn)單元13由供應(yīng)纖維線纜10的特殊方式促進(jìn)了激光切割頭24的大運(yùn)動自由度，這將在下文更詳細(xì)地解釋。
[0046]偏轉(zhuǎn)單元13包括緊固到激光切割炬3的金屬保持支架131、由保持支架保持的金屬轉(zhuǎn)接器132以及碳纖維增強(qiáng)材料的偏轉(zhuǎn)弓133。其基本上由兩個彎曲的側(cè)頰板(side cheek)構(gòu)成，所述頰板在下側(cè)上經(jīng)由腹板互連。側(cè)頰板具有2 mm的壁厚。偏轉(zhuǎn)弓133是非常剛性的以致在正常發(fā)生的機(jī)械負(fù)載方面，其確保150 mm的構(gòu)造上的預(yù)先確定的彎曲半徑。轉(zhuǎn)接器132在其下端設(shè)有用于保護(hù)管12的接受器并且在其上端設(shè)有用于偏轉(zhuǎn)弓133的接受器。
[0047]保持支架131從激光切割頭24以銳角斜向上延伸，如將參考圖3更詳細(xì)地解釋的那樣。纖維線纜10經(jīng)由轉(zhuǎn)接器132引導(dǎo)到保護(hù)管12外越過靜態(tài)偏轉(zhuǎn)弓133，且從該處以幾乎筆直的線到達(dá)光束供應(yīng)單元27的進(jìn)入點(diǎn)35。由于連接到激光切割頭24，偏轉(zhuǎn)單元13也執(zhí)行激光切割頭24在空間內(nèi)的所有運(yùn)動而偏轉(zhuǎn)弓133的形狀不因此改變。
[0048]偏轉(zhuǎn)弓133的橫向頰板引導(dǎo)纖維線纜10并且保護(hù)其免受機(jī)械損壞。偏轉(zhuǎn)弓133的上出口端緊密地毗鄰進(jìn)入光束供應(yīng)單元27內(nèi)的纖維線纜10的進(jìn)入點(diǎn)35，以致在脫離偏轉(zhuǎn)弓133之后其幾乎沿筆直線延伸到進(jìn)入點(diǎn)35。
[0049]由于共同運(yùn)動和結(jié)構(gòu)上的靜態(tài)的預(yù)先確定的偏轉(zhuǎn)弓133，纖維線纜10直到進(jìn)入點(diǎn)35的位置被機(jī)械地穩(wěn)定，S卩，在激光切割頭24相對于豎直傾斜時也是這樣。由激光切割頭3的快速方向變化引起的離心力不涉及纖維線纜10并且由偏轉(zhuǎn)單元13去除。
[0050]此外，由機(jī)械剛性的偏轉(zhuǎn)弓133預(yù)先確定的彎曲半徑(在實施例中是150mm)能夠遠(yuǎn)小于在自由弧形成的情況下必須容許的纖維線纜的彎曲半徑(這里標(biāo)準(zhǔn)是至少200 mm)ο因為更小的彎曲半徑更少地橫向延伸，因此其需要更小的空間并且允許更緊湊的結(jié)構(gòu)。具體地，相比于更大橫向延伸的自由纖維線纜弧的情況中將出現(xiàn)的情況，在激光切割頭24的方向變化或旋轉(zhuǎn)時，其承受更小的離心加速度。在此方面，作用在纖維線纜10上的力也保持成小的。
[0051 ]纖維線纜1在遠(yuǎn)離激光切割頭的接觸點(diǎn)134處(這是進(jìn)入偏轉(zhuǎn)弓133的進(jìn)入點(diǎn)；在圖2中，其被偏轉(zhuǎn)弓133的壁遮擋)觸碰到偏轉(zhuǎn)弓133上并且在靠近激光切割頭的接觸點(diǎn)136處(這是離開偏轉(zhuǎn)弓133的出口點(diǎn))從偏轉(zhuǎn)點(diǎn)133幾乎以筆直線向下延伸到纖維線纜的進(jìn)入點(diǎn)35。
[0052]圖3是激光切割炬3、彎曲激光切割頭24和偏轉(zhuǎn)單元13的主視圖。在這個視圖中，光束供應(yīng)軸線28和工具對稱軸線25相繼延伸。
[0053]圍繞偏轉(zhuǎn)弓133引導(dǎo)纖維線纜10直到靠近激光切割頭的接觸點(diǎn)136，在該點(diǎn)處其再次離開偏轉(zhuǎn)弓。纖維線纜10從偏轉(zhuǎn)弧進(jìn)入點(diǎn)134直到出口點(diǎn)136描繪了圍繞偏轉(zhuǎn)弓133的四分之三的圓。
[0054]保持支架131的中心軸線135與所述軸線25、28圍起小于30度的銳角α。偏轉(zhuǎn)弓133具有230 mm的直徑(半徑:115 mm)并且被設(shè)置成盡可能靠近軸線25和28。這表明軸線25、28和遠(yuǎn)離激光切割頭的接觸點(diǎn)134之間的距離A小于偏轉(zhuǎn)弓133的直徑。在實施例中該距離是200 mm0
[0055]因此，纖維線纜10在偏轉(zhuǎn)弧進(jìn)入點(diǎn)134處觸碰到偏轉(zhuǎn)弓133上，其中該進(jìn)入點(diǎn)134不處于距激光切割頭24的最大距離。由于纖維線纜10在更靠近激光切割頭24的點(diǎn)處觸碰到偏轉(zhuǎn)弓133上，因此纖維線纜10和保護(hù)管12被引導(dǎo)成盡可能靠近激光切割頭24的軸線25、28和工具軸線(C-軸線)的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)。因此，纖維線纜10在激光切割頭24快速運(yùn)動變化時承受由離心力引起的更小機(jī)械負(fù)載并且在激光切割頭24旋轉(zhuǎn)時承受小扭矩。
【主權(quán)項】
1.一種激光束發(fā)射機(jī)器，包括: ?用于將激光束發(fā)射到待處理的工件上的激光頭(3)， ?用于使所述激光頭(3 )空間地運(yùn)動的運(yùn)動單元(1、2、9)，所述運(yùn)動單元具有線性運(yùn)動的機(jī)器門架(1)，橫向滑架(2)保持在所述機(jī)器門架(I)上使得能夠使所述橫向滑架(2)以橫向方式運(yùn)動，并且所述激光頭(3)安裝在所述橫向滑架(2)上， ?帶有最小允許彎曲半徑的柔性纖維線纜(10)，其將所述激光束傳送到所述激光頭(3)并且因而在上激光頭端上的進(jìn)入點(diǎn)(35)處進(jìn)入，以及 ?用于至少在所述纖維線纜(10)的長度的一部分上引導(dǎo)所述纖維線纜(10)的線纜引導(dǎo)系統(tǒng)(12、13)， 其特征在于，所述線纜引導(dǎo)系統(tǒng)(12、13)具有偏轉(zhuǎn)單元(13)，所述偏轉(zhuǎn)單元(13)安裝在所述激光頭(3)上，并且預(yù)先確定剛性偏轉(zhuǎn)弓(133)，所述剛性偏轉(zhuǎn)弓(133)在所述進(jìn)入點(diǎn)(35)上方延伸并且緊密地毗鄰所述進(jìn)入點(diǎn)(35)，并且所述纖維線纜(10)借助于所述剛性偏轉(zhuǎn)弓(133)被引導(dǎo)到所述進(jìn)入點(diǎn)(35)，并且所述偏轉(zhuǎn)弓(133)的半徑大于所述纖維線纜(10)的所述最小允許彎曲半徑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光束機(jī)器，其特征在于，所述纖維線纜(10)在遠(yuǎn)離所述激光頭的接觸點(diǎn)(134)處觸碰到所述偏轉(zhuǎn)弓(133)上并且在靠近所述激光頭的接觸點(diǎn)(136)處從所述偏轉(zhuǎn)弓(133)向下延伸到所述進(jìn)入點(diǎn)(35)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光束機(jī)器，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)弓(133)具有在100至150mm范圍中的半徑。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的激光束機(jī)器，其特征在于，遠(yuǎn)離所述激光頭的所述接觸點(diǎn)(134)和延伸通過所述進(jìn)入點(diǎn)(35)的激光頭縱軸線(28)之間的距離(A)小于所述偏轉(zhuǎn)弓(133)的直徑。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項權(quán)利要求所述的激光束機(jī)器，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)單元(13)包括支架(131)和轉(zhuǎn)接器(132)，其中所述轉(zhuǎn)接器(132)經(jīng)由所述支架(131)固定到所述激光頭(3)并且將所述偏轉(zhuǎn)弓(133)連接到所述纖維線纜(10)的保護(hù)管(12)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光束機(jī)器，其特征在于，所述支架(131)具有支架中心軸線(135)，所述支架中心軸線(135)與所述激光頭縱軸線(28)圍起小于30度的角度(α)。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的激光束機(jī)器，其特征在于，所述保護(hù)管(12)以區(qū)段方式在運(yùn)動空間(14)內(nèi)延伸，所述運(yùn)動空間(14)在所述機(jī)器門架(I)和所述激光頭(3)之間的區(qū)域中延伸，其中，所述保護(hù)管(12)—端連接于所述轉(zhuǎn)接器(132)并且另一端連接于所述橫向滑架(2)。8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任意一項權(quán)利要求所述的激光束機(jī)器，其特征在于，所述保護(hù)管(12)被構(gòu)造成金屬的柔性肋片管并且所述偏轉(zhuǎn)弓(133)由鋁或者碳纖維增強(qiáng)材料制成。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項權(quán)利要求所述的激光束機(jī)器，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)弓(133)具有壁，所述壁被構(gòu)造成以區(qū)段的方式管狀地閉合和/或以區(qū)段的方式在橫截面中呈殼形式。
【文檔編號】B23K37/02GK106061672SQ201480067237
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年12月11日
【發(fā)明人】T.沃爾夫, R.施勒德, T.丁茨科費(fèi)爾, I.格勒
【申請人】梅塞爾切割系統(tǒng)有限責(zé)任公司