[发明专利]具有冗余轴的激光加工机

说明书

技术领域

本发明一种用于借助激光束加工工件的激光加工机，其中，该激光加工机包括：用于待加工的工件的工件支座；能够借助驱动装置沿着一个或至少两个主轴相对于工件支座移动的移动单元；和设置在移动单元上的光学的加工单元，该加工单元将激光束聚焦到待加工的工件上。

背景技术

在工件的激光材料加工中力求高的加工速度。在已知的激光加工机中，激光加工头通过确定的驱动装置或者也借助机器人运动，以便能够构成确定的加工几何形状。在其中需要强烈的方向交替的区域中，在高的加工速度下出现显著的加速度，使得到目前为止需要在这样的加工区域中明显地减小激光加工头的运动速度，这又不利地影响所期望的高的加工速度。

发明内容

相对于此，本发明的任务是在开头所述类型的激光加工机中提高加工速度并且由此提高机器性能。

该任务根据本发明通过如下方式解决：加工单元在其关于工件支座的一个端部上围绕一个或至少两个附加轴可摆动地支承在移动单元上，对于每个附加轴在移动单元上或在加工单元上各设有一个用于使加工单元的关于工件支座的另一个端部围绕相应的附加轴偏转的驱动装置，和设有控制装置，该控制装置将激光束在工件上的期望的轨迹分成移动单元沿着该一个或至少两个主轴的运动和加工单元围绕该一个或至少两个附加轴的偏转并且相应地控制这些驱动装置。在仅有一个附加轴的情况下，该附加轴优选平行于一个主轴延伸，而在有两个附加轴的情况下，这些附加轴可以分别平行于两个主轴延伸。

本发明也涉及一种用于借助激光束加工工件的激光加工机，其中，该激光加工机包括：光学的加工单元，该加工单元将激光束聚焦到待加工的工件上；能够借助驱动装置沿着一个或至少两个主轴相对于光学的加工单元移动的、用于待加工的工件的工件支座，并且根据本发明，加工单元在其关于工件支座的一个端部上围绕一个或至少两个附加轴可摆动地支承在保持单元上，对于每个附加轴在保持单元上或在加工单元上各设有一个用于使加工单元的关于工件支座的另一个端部围绕相应的附加轴偏转的驱动装置，和设有控制装置，该控制装置将激光束在工件上的期望的轨迹分成工件支座沿着该一个或至少两个主轴的运动和加工单元围绕该一个或至少两个附加轴的偏转并且相应地控制这些驱动装置。

本发明提供一种冗余的轴系统，该轴系统通过加工单元的动态的附加轴能够明显地提升整个系统的性能。重要的组成部分是光学的加工单元围绕确定的旋转点或围绕旋转轴线或者说摆动轴线的可转动或者说可摆动的支承结构和至少一个高动态的驱动装置，该驱动装置使光学的加工单元偏转至少一个确定的角度。因为仅必须驱动光学的加工单元而不需要驱动移动单元，并且由于光学的加工单元以小的力摆式地偏转，所以得到本发明。附加驱动装置的、即在该或这些附加轴上的动态值(加速度、冲击、加速度)明显大于在该主轴或这些主轴上的动态值，优选是它的至少2至3倍。因为此外整个光学的加工单元偏转，所以避免了加工单元内部的光学的路程比的改变。但是通过摆动，在工件表面上的成像通过焦点的移位而改变。视接收区域而定，在此能够通过主轴或者但是通过成像光学装置的焦点位置调节实现再调节。用于该附加轴或这些附加轴的该或这些驱动装置设置在移动单元上，这改型具有优点：这些驱动装置在加工单元沿Z方向运动时不随着运动。因此，尤其在平台机中能够减小Z方向上的关键的被驱动的质量。

在根据本发明的激光加工机的特别优选的实施方式中，激光束作为离散的光束被耦合输入到加工单元中并且所述加工单元具有成像光学装置、尤其是伸缩式装置，其将耦合输入的激光束成像并且尤其也聚焦到待加工的工件上。通过成像光学装置能够实现对焦点位置的再调节，例如通过用于使各个光学部件移动/移位的装置。

在该实施方式的一种特别有利的扩展构型中，激光束通过一端固定在加工单元上的光缆被耦合输入到加工单元中并且因此与加工单元的相应偏转无关地始终沿着加工单元的光学轴线延伸。此外，该加工单元中的部件和由此成像比保持恒定。

优选地——但是不排它地——通过固体激光器、例如棒状、盘状或纤维激光器或者也通过二极管激光器提供用于激光加工的激光辐射。它们尤其适合通过光缆引导激光辐射。

优选地，在移动单元上或者在保持装置上设有用于使整个加工单元相对于移动单元在从加工单元射出的激光束的方向上移动的驱动装置，使得由此能够使整个加工单元在Z轴上运动并且由此能够调节烧嘴和工件之间的距离。