專利名稱：用于材料加工的激光組件以及具有這種激光組件的激光加工機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于材料加工、特別是用于板加工的激光組件，具有用于產(chǎn)生激 光射束的激光射束源，具有射束空間，由激光射束源產(chǎn)生的激光射束在該射束空間中延伸 并且該射束空間包含氣體，具有溫度檢測裝置，該溫度檢測裝置檢測射束空間中的氣體的 溫度情況并且該溫度檢測裝置與一控制裝置連接，以及具有溫度調(diào)節(jié)裝置，其中，該控制裝 置根據(jù)借助溫度檢測裝置檢測到的溫度情況來控制溫度調(diào)節(jié)裝置，該溫度調(diào)節(jié)裝置依此調(diào) 節(jié)射束空間中的氣體的溫度情況。此外，本發(fā)明還涉及一種用于材料加工、特別是用于板加工的激光加工機(jī)，包括所 述類型的激光組件。
背景技術(shù)：
在JP11-277286A中公開了這類現(xiàn)有技術(shù)。該文獻(xiàn)公開了一種激光加工機(jī)，在該激 光加工機(jī)上，激光加工光束在封閉的射束空間中在激光振蕩器和激光加工頭之間被引導(dǎo)。 在激光射束的傳播方向上沿著射束空間在該射束空間的壁上設(shè)置有與激光射束軸線有相 同距離的多個(gè)溫度測量器。從US 2005/0150882A1 及 US 2006/0027537A1 和 US 2005/0061778A1 中已知其它 的現(xiàn)有技術(shù)。在根據(jù)US 2005/0150882A1的裝置中，由激光射束源產(chǎn)生的激光射束在氣體填充 的射束空間中通過反射鏡導(dǎo)向并且借助光具聚焦在要加工的物體上。為射束空間設(shè)置了旁 路，在該旁路中安置有風(fēng)扇和過濾器。作為替代實(shí)施方式該文獻(xiàn)描述了一種組件，該組件具 有“熱交換器”來替代過濾器。在該現(xiàn)有技術(shù)中通過氣體交換率來影響射束空間區(qū)域中的 激光射束發(fā)散。在射束空間中循環(huán)的氣體的體積流量稱為氣體交換率。該氣體通過風(fēng)扇驅(qū) 動并且借助過濾器凈化。該文獻(xiàn)給出一個(gè)公式，根據(jù)該公式計(jì)算氣體交換率，以使激光射束 的散射最小化。在一次性定義氣體交換率后不進(jìn)行射束參數(shù)的自動再調(diào)節(jié)。US 2006/0027537A1和US 2005/0061778A1涉及激光組件以及設(shè)置有該激光組件 并具有射束引導(dǎo)空間的激光加工機(jī)，該射束引導(dǎo)空間充有氣體，例如氮?dú)狻?br>
發(fā)明內(nèi)容
從所述類型現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于，根據(jù)射束空間中的溫度情況優(yōu)化 對激光射束的參數(shù)的控制。根據(jù)本發(fā)明，提出一種用于材料加工、特別是用于板加工的激光組件，具有用于產(chǎn) 生激光射束的激光射束源；具有射束空間，由激光射束源產(chǎn)生的激光射束在該射束空間中 延伸并且該射束空間包含氣體；具有溫度檢測裝置，該溫度檢測裝置檢測射束空間中的氣 體的溫度情況并且該溫度檢測裝置與一控制裝置連接；以及具有溫度調(diào)節(jié)裝置，其中，該控 制裝置根據(jù)借助溫度檢測裝置檢測到的溫度情況來控制該溫度調(diào)節(jié)裝置，該溫度調(diào)節(jié)裝置依此調(diào)節(jié)射束空間中的氣體的溫度情況，其中，該溫度檢測裝置跨越射束空間橫截面檢測 該氣體空間中的氣體內(nèi)部的溫度分布，其方式為，該溫度檢測裝置沿著射束空間具有一些 測量裝置，這些測量裝置沿著激光射束的射束傳播方向在相對于激光射束的不同徑向距離 上測量射束空間中的氣體的溫度。溫度檢測裝置與控制裝置和溫度調(diào)節(jié)裝置的組合使得能夠根據(jù)溫度情況來控制 射束參數(shù)。測量裝置使得能夠測取為通過控制裝置控制溫度調(diào)節(jié)裝置所需的測量值?？梢?在氣體空間橫截面的不同的、上下疊置的區(qū)域中檢測射束空間中的氣體的溫度。對溫度分 布的測取提供了用于建立射束空間中的符合目的的溫度情況的基礎(chǔ)。大致能夠自動應(yīng)對變 化的環(huán)境參數(shù)并且在此進(jìn)行對射束參數(shù)的有針對性的影響。射束空間中的溫度情況的調(diào)節(jié)能夠例如具有這樣的目標(biāo)通過使射束空間中的氣 體內(nèi)部的溫度分布均勻化來減少激光射束的散射。也可以通過氣體溫度情況的不均勻化有 針對性地產(chǎn)生相反的效果。散射引起激光射束直徑的擴(kuò)大。如果根據(jù)應(yīng)用情況特定地需要高能量的激光射 束，這可通過激光射束的射束引導(dǎo)區(qū)域中的散射最小化實(shí)現(xiàn)。對于其它應(yīng)用可能相反希望 擴(kuò)展的激光射束。在這種情況下射束空間中的氣體的不均勻溫度分布導(dǎo)致散射加強(qiáng)并且由 此導(dǎo)致激光光束的擴(kuò)展。在激光組件模塊式構(gòu)造的情況下可以在同一個(gè)激光加工機(jī)上使用多個(gè)激光組件。本發(fā)明的特別的實(shí)施型式可從下面得知。所述溫度調(diào)節(jié)裝置基于通過控制裝置的控制來調(diào)節(jié)射束空間中的氣體的溫度情 況，以使射束空間中的氣體的溫度情況均勻化。激光空間中的溫度情況的均勻化防止在射 束空間橫截面中產(chǎn)生溫度梯度并且由此防止在射束空間中形成氣體的不同折射率。這導(dǎo)致 激光射束的散射最小化并且該激光射束能夠以盡可能小的損失被引導(dǎo)到加工位置。所述溫度調(diào)節(jié)裝置具有渦流裝置，借助該渦流裝置能夠使射束空間中的氣體產(chǎn)生 渦流，和/或所述溫度調(diào)節(jié)裝置具有用于調(diào)節(jié)射束空間中的氣體的流速的裝置。溫度調(diào)節(jié) 裝置具有渦流裝置和/或用于調(diào)節(jié)射束空間中的氣體的流速的裝置。射束空間中的氣體的 渦流導(dǎo)致不同溫度的氣體層混合并且由此導(dǎo)致溫度統(tǒng)一。通過流速的變化能夠影響射束空 間邊緣區(qū)域中的氣體溫度與環(huán)境溫度的同化。特別是渦流裝置避免在射束空間橫截面上形 成溫度梯度并且由此避免由溫度引起的橫向于射束傳播方向的氣流。所述溫度調(diào)節(jié)裝置具有風(fēng)扇，借助該風(fēng)扇能夠使射束空間中的氣體產(chǎn)生渦流和/ 或能夠調(diào)節(jié)射束空間中的氣體的流速。在本發(fā)明的擴(kuò)展構(gòu)造中，溫度調(diào)節(jié)裝置具有風(fēng)扇。使 用風(fēng)扇是特別有利的，因?yàn)樵擄L(fēng)扇不僅能夠引起射束空間中的氣體的渦流而且能夠引起流 速的調(diào)節(jié)。所述溫度調(diào)節(jié)裝置具有冷卻和/或加熱裝置。本發(fā)明激光組件的溫度調(diào)節(jié)裝置具 有冷卻和/或加熱裝置。借助這樣的裝置能夠有針對性地并且快速地調(diào)節(jié)射束空間中的氣 體的符合目的的溫度。所述射束空間形成射束導(dǎo)向裝置，激光射束在離開激光射束源后在該射束導(dǎo)向裝 置中延伸。在本發(fā)明的擴(kuò)展構(gòu)造中，射束空間構(gòu)造為射束導(dǎo)向裝置。在這樣的射束空間中， 激光射束例如借助反射鏡被導(dǎo)向。該激光射束位于相對于環(huán)境分開的區(qū)域中，在該區(qū)域中 溫度情況能夠被最優(yōu)地調(diào)節(jié)。
為射束空間設(shè)置有旁路，所述溫度調(diào)節(jié)裝置安置在該旁路中。本發(fā)明激光組件具 有旁路。該旁路使得溫度調(diào)節(jié)裝置能夠結(jié)構(gòu)簡單地安置在激光射束的影響區(qū)域之外。設(shè)置空氣或者氮?dú)庾鳛樯涫臻g中的氣體。設(shè)置空氣或者氮?dú)庾鳛樯涫臻g中的 氣體。特別是使用空氣使得能夠成本有利地運(yùn)行激光組件。為了進(jìn)一步降低成本，該空氣 可以在凈化后再利用。根據(jù)本發(fā)明，還提出一種用于材料加工、特別是用于板加工的激光加工機(jī)，包括前 述激光組件。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)從下面對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述并且根據(jù)附圖得出， 這些附圖示出本發(fā)明基本的細(xì)節(jié)。本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示意地示出。


附圖示出圖1用于板加工的激光加工機(jī)的等軸視圖，具有兩個(gè)激光組件，圖2在側(cè)視圖中的根據(jù)圖1的激光組件，以及圖3在等軸視圖中的根據(jù)圖2的激光組件。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖1，用于加工金屬板2的激光加工機(jī)1包括激光射束源3，該激光射束源產(chǎn) 生兩個(gè)激光射束16。這些激光射束16在圖1中以其射束軸線表示。該激光射束源3被設(shè) 置為兩個(gè)激光組件4的公共的激光射束源3。但也可想到對于每個(gè)激光組件4各設(shè)置一個(gè) 激光射束源3。每個(gè)激光組件4包括一個(gè)具有射束空間6的射束導(dǎo)向裝置5，相關(guān)的激光射 束16在該射束空間中延伸。射束空間6由射束管區(qū)段7、上部的剛性壁的射束管8和下部 的波紋管9的限界。激光射16在射線空間6內(nèi)部在氣體氛圍中被導(dǎo)向并且能夠?qū)?zhǔn)到金屬板2上。優(yōu) 選射束空間6以凈化的空氣或者氮?dú)馓畛?。射束空間6中的氣體壓力略微高于射束空間6 外部的壓力。根據(jù)圖1，在兩個(gè)射束導(dǎo)向裝置5的射束管8和波紋管9之間設(shè)置了梁10。兩個(gè) 激光切割頭11位于梁10上，在運(yùn)行中每個(gè)激光射束16在對應(yīng)的激光切割頭上射出并落到 金屬板2上。金屬板2支承在工件臺12上。激光切割頭11不僅能夠在雙箭頭13方向上 沿著梁10移動，而且能夠在箭頭方向14上與梁10—起移動。當(dāng)在箭頭方向14上運(yùn)動時(shí) 該梁10在縱向?qū)蜓b置15上移動。根據(jù)圖2和圖3，在每個(gè)激光組件4上，由激光射束源3產(chǎn)生的激光射束16從激光 射束源3經(jīng)過接口 17到達(dá)上部的射束管8中。在該射束管的在圖2中的左端部上，激光射 束16借助反射鏡轉(zhuǎn)向到波紋管9中。在那里，激光射束16延伸到連接部件18，在該連接部 件18處，波紋管9與梁10 (圖1)連接。充注射束空間6的氣體通過接口 19導(dǎo)入到射束空 間6中。射束空間6的波紋管9包括褶皺的材料20，該材料氣密地構(gòu)成，以確保所使用的氣 體的盡可能小的泄漏損失。該波紋管9允許連接部件18以及梁10在箭頭方向14上運(yùn)動。在圖2中示出的激光組件4的右端部上設(shè)置旁路21，該旁路將上部的射束管8與
5波紋管9連接。總體形成一個(gè)封閉的系統(tǒng)。射束空間6的氣體能夠通過上部的射束管8、波 紋管9和旁路21循環(huán)。如果只使用一個(gè)激光組件4或者如果兩個(gè)各具有一個(gè)自己的激光射束源3的、分 開的激光組件4與旁路21連接，那么也存在封閉的系統(tǒng)。溫度調(diào)節(jié)裝置22包括風(fēng)扇23，該風(fēng)扇促使射束空間6中的氣體循環(huán)，溫度調(diào)節(jié)裝 置22還包括冷卻和/或加熱裝置24，該冷卻和/或加熱裝置將射束空間6中的氣體加熱或 者冷卻。不僅風(fēng)扇23而且冷卻和/或加熱裝置24被安置在殼體25中、旁路21的下端部 上。風(fēng)扇23和冷卻和/或加熱裝置24是市場常見的裝置，這些裝置在圖中被殼體25的壁 遮蔽。每個(gè)激光組件4具有溫度檢測裝置26，該溫度檢測裝置具有呈溫度傳感器27形式 的測量裝置。溫度傳感器27用于獲知射束空間6中的氣體的溫度情況并且沿著上部的射 束管8安置在多個(gè)測量位置上。這些溫度傳感器27沿著激光射束16的射束傳播方向在到 激光射束16的不同徑向距離上測量射束空間6中的氣體的溫度。由此能夠在氣體空間橫 截面的不同的、上下疊置的區(qū)域中檢測射束空間中的氣體的溫度。測量值被傳送給控制裝 置28，該控制裝置在分析計(jì)算單元中對測量值進(jìn)行分析計(jì)算并且基于分析計(jì)算的結(jié)果產(chǎn)生 用于溫度調(diào)節(jié)裝置22的控制信號。該控制裝置28是數(shù)控控制部分29的部件，該數(shù)控控制 部分允許使用計(jì)算機(jī)輔助控制程序?？刂蒲b置28借助所述控制信號控制風(fēng)扇23的轉(zhuǎn)速，由此影響射束空間6中的氣 體的渦流及其流速。氣體的渦流導(dǎo)致射束空間6中的氣體的溫度的均勻化。由此使激光射 束16的散射最小化。射束空間6中的氣體的流速或者流速變化對射束空間6中氣體溫度與環(huán)境溫度的 同化的程度產(chǎn)生作用。流速越高，溫度同化進(jìn)行得越快。此外，控制裝置28控制冷卻和/或加熱裝置24。該冷卻和/或加熱裝置例如在 激光加工機(jī)1啟動過程中接通，以便盡可能快地將射束空間6中的氣體加熱到最優(yōu)運(yùn)行溫 度。如果氣體溫度在激光運(yùn)行中高于最優(yōu)值，則將氣體冷卻。使用這種做法來避免激光射 束16的散射損失。該冷卻和/或加熱裝置24的控制如風(fēng)扇23的控制一樣通過檢測射束 空間6中的溫度分布以及通過傳送測量值到調(diào)控該冷卻和/或加熱裝置24的控制裝置28 來進(jìn)行，直到實(shí)現(xiàn)射束空間6中的最優(yōu)氣體溫度。對射束參數(shù)的針對性影響是與相應(yīng)的加工情況相適應(yīng)的。只要符合目的，也可以 通過控制溫度調(diào)節(jié)裝置22來調(diào)節(jié)射束空間6中的氣體的溫度而使射束空間6內(nèi)部的溫度 分布不均勻。
權(quán)利要求
用于材料加工、特別是用于板加工的激光組件，具有用于產(chǎn)生激光射束(16)的激光射束源(3)，具有射束空間(6)，由激光射束源(3)產(chǎn)生的激光射束(16)在該射束空間中延伸并且該射束空間包含氣體，具有溫度檢測裝置(26)，該溫度檢測裝置檢測射束空間(6)中的氣體的溫度情況并且該溫度檢測裝置與一控制裝置(28)連接，以及具有溫度調(diào)節(jié)裝置(22)，其中，該控制裝置(28)根據(jù)借助溫度檢測裝置(26)檢測到的溫度情況來控制該溫度調(diào)節(jié)裝置(22)，該溫度調(diào)節(jié)裝置依此調(diào)節(jié)射束空間(6)中的氣體的溫度情況，其特征在于，該溫度檢測裝置(26)跨越射束空間橫截面檢測該氣體空間(6)中的氣體內(nèi)部的溫度分布，其方式為，該溫度檢測裝置(26)沿著射束空間(6)具有一些測量裝置(27)，這些測量裝置沿著激光射束(16)的射束傳播方向在相對于激光射束(16)的不同徑向距離上測量射束空間(6)中的氣體的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的激光組件，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)裝置(22)基于通過控制裝 置(28)的控制來調(diào)節(jié)射束空間(6)中的氣體的溫度情況，以使射束空間(6)中的氣體的溫 度情況均勻化。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的激光組件，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)裝置(22)具有渦流 裝置，借助該渦流裝置能夠使射束空間中的氣體產(chǎn)生渦流，和/或所述溫度調(diào)節(jié)裝置(22) 具有用于調(diào)節(jié)射束空間(6)中的氣體的流速的裝置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的激光組件，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)裝置(22)具有風(fēng)扇 (23)，借助該風(fēng)扇能夠使射束空間(6)中的氣體產(chǎn)生渦流和/或能夠調(diào)節(jié)射束空間(6)中 的氣體的流速。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的激光組件，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)裝置(22)具有冷卻 和/或加熱裝置(24)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的激光組件，其特征在于，所述射束空間(6)形成射束導(dǎo)向 裝置，激光射束(16)在離開激光射束源(3)后在該射束導(dǎo)向裝置中延伸。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的激光組件，其特征在于，為射束空間(6)設(shè)置有旁路(21)， 所述溫度調(diào)節(jié)裝置(22)安置在該旁路中。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的激光組件，其特征在于，設(shè)置空氣或者氮?dú)庾鳛樯涫臻g (6)中的氣體。
9.用于材料加工、特別是用于板加工的激光加工機(jī)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述 的激光組件⑷。
全文摘要
用于材料加工、特別是用于板加工的激光組件，包括用于產(chǎn)生激光射束(16)的激光射束源(3)；射束空間(6)，由激光射束源(3)產(chǎn)生的激光射束(16)在該射束空間中延伸并且該射束空間包含氣體；溫度調(diào)節(jié)裝置(22)，借助該溫度調(diào)節(jié)裝置可調(diào)節(jié)射束空間(6)中的氣體的溫度情況；控制裝置(28)，該控制裝置控制溫度調(diào)節(jié)裝置(22)。溫度檢測裝置(26)與該控制裝置(28)連接，該溫度檢測裝置(26)檢測射束空間(6)中的氣體的溫度情況?？刂蒲b置(28)根據(jù)借助溫度檢測裝置(26)檢測的溫度情況控制溫度調(diào)節(jié)裝置(22)，該溫度調(diào)節(jié)裝置(22)依此調(diào)節(jié)射束空間(6)中的氣體的溫度情況。
文檔編號B23K26/12GK101875155SQ20101017041
公開日2010年11月3日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者H·托尼希 申請人:通快薩克森有限公司