[发明专利]激光加工机器

说明书

技术领域

本发明涉及一种借助于激光束用来加工工件的机器。

背景技术

现在，存在于利用聚焦的激光束从工件的表面蒸发材料的过程得 到非常广泛的应用。在这种类型的加工中，激光束由两个回转反射镜 (steering mirror)进行反射，这两个回转反射镜能够围绕两个正交轴 非常迅速地进行旋转，所述回转反射镜的旋转由计算机根据位于平面 内的光栅进行控制。该方法广泛用于在平面上雕刻图案。通过激光源 生成大功率激光束，在该激光源的出口处生成的激光束通过光纤和一 系列静态或旋转反射镜以及其它光学组件垂直传导至待处理的表面。 多数工业应用针对需要以非常高的精细控制和精度雕刻某工件的表面 的加工和模具制造领域。通过对由激光束照明的区域进行突然加热以 蒸发一部分材料去除材料。当激光束到达待加工工件时的最后直径小 于50μm。在连续层中执行操作。激光束使用扫描装置(通常称作检流 计扫描仪(galvo-scanner)，由两个回转反射镜组合，这两个回转反射 镜能够围绕两个正交轴非常迅速进行旋转)扫描尺寸限于几个厘米的 多边形内的工件。对多边形进行定义以使得当以后处理给定的多边形 的表面时待处理的表面位于激光束的焦点公差内，由此确保加工均匀。 这两个回转反射镜由此能够仅仅覆盖有限的角振幅。这种有限扫描振 幅要求关于待处理的工件周期性地对激光头进行重新定位和重新定 向。为了处理任何3D布局的工件，需要采用至少五轴机器。另外，该 机器包括例如几何测量传感器、接触探针和相机，其中，当上述部件 进行工作时可以相对于待加工的工件精确定位和定向激光头。

在所有类型的三维表面(包括凹面区)上执行材料去除。在任何 3D表面上生成纹理的方法尤其存在于将表面分割成相邻多边形内的 多个受限部分表面。

在Rheinisch-Westfalische Tchnische Hochschule Aachen由 Johannes Mario Kordt出品的题目为“Near-net-shape laser beam structuring for plastic injection moulds”的论文中，在章节5.1中描述 了类似的雕刻机器。基于MIKRON-HSM 600U型的五轴架构的机器 适用于处理重大约100公斤并且尺寸限于250×250×250mm³的工件。 在一侧，待加工的工件固定在沿两个正交旋转轴B和C以及一个直线 轴X进行回转和移动的工作台上。在另一侧，激光器扫描头由直线轴 Z进行支承，该轴自身沿最后直线轴Y移动。由于支架的柔性，这种 机器结构不是用于加工质量大于200公斤的重工件的理想布置。此外， 工件的大小受到支架的大小的限制。

发明内容

本发明通过一种架构解决上述的缺点，这种架构包括至少三个正 交直线轴和两个彼此垂直旋转轴，并且使得激光加工头围绕水平轴旋 转以及使得待处理的工件围绕垂直轴旋转。这种结构提供了高水平的 准确性，这是因为移动工件的重量和体积不会产生可变挠曲以及激光 加工头的工作条件实质上保持固定。应该注意：激光源经由沿终止于 光输出头的索道进行退绕的光纤传递能量即激光，该光输出头定义激 光束的光轴，该激光束在它的路径的端部蒸发材料。本发明提出的激 光加工机器的特别特征在于这个光输出头的一种特殊布置，光输出头 必须刚性安装到框架或激光头的壳并且保持一体化紧固到所述框架或 壳从而确保在激光头围绕水平回转轴进行旋转的过程中激光束总是稳 定的。

提出的激光加工头还包括吸嘴，用于吸取通过蒸发材料在加工区 域中产生的污染气体和灰尘，通过一种新颖方式设计这个吸嘴从而跟 随激光头围绕它的水平轴的旋转。该机器还包括吹嘴，用于将清洁干 燥气流注入到加工区域。这个吹嘴也一体化紧固到激光加工头即当激 光加工头围绕水平轴进行旋转时它与所述头作为整体一起进行旋转。

附图说明

基于独立权利要求中的特征和更加详细解释本发明的下文描述以 及附图可以清楚其它的优点，这些附图如下：

图1是激光加工机器的整体的透视图。在这个附图中示出了重要 元件而没有示出保护操作员所需的外部车体或金属片；

图2是围绕机器的轴B进行回转并且连接到沿Z轴移动的装置的 激光头的透视图。在这个表示中，激光头与它的金属片、壳和/或保护 盖安装在一起；