用于生成旋轉激光束的設備制造技術

本發明專利技術涉及一種用于生成旋轉激光束（５）的設備（１），該設備可用于各種應用，包括材料的焊接、切削、鉆削或燒蝕。更具體地，根據本發明專利技術的設備（１）能夠生成快速旋轉且精確的激光束，因為轉動的主光學器件（１００）包含繞軸線（Ｘ１）轉動的第一反射面（１０２）和環形的第二反射面（２６），其中該第一反射面（１０２）將所述激光束的方向改變為進入第二反射面（２６）的方向，該第二反射面朝所述軸線（Ｘ１）反射所述激光束。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種用于生成旋轉激光束的設備，尤其涉及允許進行精確且快速的圓形/環形機加工和/或焊接的設備。這種設備還可有利地應用于對圓形機加工和/或焊接區域的顯示。
技術介紹
盡管下面的說明具體地涉及焊接設備，但應當理解，根據激光束參數，根據本專利技術的設備也可用于機加工操作，例如材料的切削、鉆削或燒蝕。現有技術中已知例如使用激光束進行圓形焊接的系統。這些系統中的某些系統是基于這樣的原則，即焊接設備是以位置固定的方式相對于一個或多個待焊接工件設置的。激光束沿固定的方向指向工件的焊接區域，而工件被支承件驅動而旋轉，該支承件包括用于進行驅動的電機裝置。然而，這種系統具有許多缺點，其難以相對于激光束精確地調節工件的位置，這在工件高速旋轉時尤其嚴重。此外，如果要相繼焊接大量工件，則相應焊接方法會花費很長時間。實際上，在該方法中，在工件的靜止不動的支承件被驅動而高速旋轉之前，必須將工件安置在該支承件上。然后一旦工件的轉速高于預定的轉速，就實施焊接處理。在焊接處理之后，在從支承件上取下工件之前以及在安置下一個工件之前，支承件必須停止轉動。還已知其它系統，其中工件在焊接期間保持靜止不動，改變激光束的方向以掃掠整個焊接區域。為了用激光束覆蓋整個焊接區域，在激光束的光徑上設置兩個鏡子，使這兩個鏡子均可在兩個端位置之間彼此獨立地傾斜。從而，一個鏡子負責激光束沿第一方向X-X’的移動，而第二個鏡子負責激光束沿垂直于第一方向X-X’的第二方向Y-Y’的移動。因此，這兩個鏡子各自的傾斜相結合可覆蓋工件的整個焊接區域。然而，這種系統的一個缺點是焊接區域的尺寸越大，每個鏡子的兩個端位置就彼此相距越遠。因此，鏡子從一個端位置傾斜到另一個端位置所需的時間就越長，這降低了焊接方法的總體速度。
技術實現思路
本專利技術的第一目的是提供一種用于快速并可靠地在至少一個工件上執行圓形機加工(circular machining)的設備從而改進上述現有技術的系統。因此，本專利技術涉及這樣一種設備，該設備包括用于提供激光束的裝置，在照射到工件的沖擊區域上之前，所述激光束先通過該設備的至少一個光學系統沿光徑行進，然后通過出口從所述設備射出。該光學系統具有中心軸線X1，并且至少用于調節所述激光束在沖擊區域內的像焦點的位置。該設備的特征在于，所述光學系統包括第一反射面，該第一反射面能夠相對于中心軸線X1轉動并可將激光束的方向改變為進入第二反射面的方向，該第二反射面為環形并用于朝中心軸線X1反射激光束，該設備包括驅動所述第一反射面轉動的裝置。根據本專利技術的設備還包括使激光束在照射到第一反射面上之前會聚的裝置，以便在第一反射面附近形成第一焦點。因此，可通過反射面的簡單轉動實現例如圓形機加工、焊接，從而能采用高的轉速，該轉速獨立于焊接件的尺寸。由于激光束在第二反射面上的反射，該激光束能夠以向心的方向照射在工件上，從而允許執行“外部焊接”。最后這個特征對于上述公知系統是重要的附加改進，因為對于上述公知系統，當激光束照射到工件上時該激光束為離心方向，只能進行“內部焊接”。根據本專利技術的優選實施例，第一反射面以位置固定的方式設置在光學系統內，光學系統能夠經由所述電機裝置的作用相對于中心軸線X1轉動。在更優選的實施例中，根據本專利技術的設備包括兩個不同的系統，所述系統用于精確調節像焦點在待焊接工件上的位置。在光學系統內還設置有具有光軸X2的轉動透鏡或可傾斜透鏡，以提高焊接區域內的像焦點的品質。從而，該轉動透鏡被可樞轉的支承件支承，以便能相對于光學系統的中心軸線X1改變軸線X2的方向。附圖說明下面將參照示出本專利技術焊接設備的結構的附圖更詳細地說明本專利技術。然而，本專利技術可實現為許多不同的形式，并且不應被認為局限于文中所說明的實施例。圖1是根據本專利技術的激光焊接設備的橫截面示意圖；圖2是居中地布置在圖1的設備內的光學系統的放大的橫截面視圖；圖3是表示在圖2的光學系統的不同構型內的激光束的光徑的示意圖；圖3a是圖3的圓圈A內所包圍的元件的放大視圖；圖4是根據本專利技術替換實施例的位于圖2下部的附加套管的放大橫截面視圖；圖4a是圖4的附加套管的放大的橫截面視圖，該橫截面垂直于圖4的橫截面。具體實施例方式首先參照圖1說明根據本專利技術的激光束焊接設備1。設備1包括主殼體2，該設備的大部分構件封裝在該主殼體內。主殼體2包括待安置在工件保持工具上方的工作臺3上的裝置(未示出)，例如底座。主殼體包括側向開口4，激光束5沿基本水平的方向通過該側向開口，所述激光束由遠程激光源(未示出)生成。激光束5指向半透明鏡子6，該鏡子與入射激光束成大約45度角以將入射激光束的方向改變為基本垂直的方向。此外，在半透明鏡子6的背側設置有頂部開口7，該開口以常規方式用作觀察窗以便定位光學傳感器200例如CCD相機。該光學傳感器可與具體包含處理器的信號處理單元201相連接，該處理單元可與顯示器202相連接。沿激光束的光徑從半透明鏡子6向下設置有主室8，該主室部分地封裝著可沿中心軸線X1的方向平移的活動單元9。該活動單元9通過側臂10與主殼體2相連接，所述側臂在平行于中心軸線X1的方向上延伸且與設置在主殼體的內表面上的支承延伸部12的孔11配合。優選地，在每個支承延伸部12和與其對應的臂10之間插入球軸承13，以在活動單元9平移時改善這兩個元件之間的滑動。活動單元相對于殼體的垂直位置是可調節的，這可通過任何合適的裝置例如測微螺桿實現。活動單元包括由套管101徑向限制的設置在中央的光學系統100，下文將詳細說明該光學系統。套管101包括兩個其上鄰接有軸承17的隔開的環形階梯部16，以便相對于活動單元9在中心軸線X1的方向上保持該套管的位置并沿徑向引導該套管。環形螺釘18與設置在套管15的前端19處的螺紋部相配合，以使軸承17緊靠對應的階梯部16。圍繞套管101以位置固定的方式直接設置有轉子20，例如，該轉子的形式為雙極永磁體。圍繞轉子20同心地設置有定子21，該定子承載多個線圈22，圖中示出兩個線圈。這樣，轉子20和定子21的組合就形成了一電機，該電機的電源裝置由標號23示意性地示出。電機的動作經由套管101的轉動引起光學系統100轉動。此外，活動單元9在其下部包含塊狀件24，在該塊狀件內設置有被環形鏡26包圍的中心腔25。從圖1可見，環形鏡26的橫截面為凹形，從而使該鏡子具有聚焦功能。設置常規裝置例如被鏡子26的底面所抵靠的螺釘27以便精確調節鏡子的位置，設置彈簧28以在該鏡子的頂面上施加壓力。從而，可調節鏡子26的軸線相對于中心軸線X1的傾度，以便在激光束照射到工件上之前控制激光束的品質。此外，塊狀件24包括由半球形保護窗30封閉的基底中心開口29。此窗30的功能是防止該設備的光學元件在焊接期間被灰塵或等離子體損壞。還設置有用于相對于中心軸線X1以及環形鏡26精確調節保護窗30的位置的裝置，例如使用螺釘31。現在將參照圖2詳細說明轉動式光學系統100。在圖2中示意性地示出光學系統100，省略套管101以加強對光學部件的說明。圖2示出第一管狀件32，該管狀件對于活動單元9是靜止不動的且包括多個限定支承框架的徑向延伸部33。在管狀件32的端部34的區域內設置有透鏡35，該透鏡的主要作用是限制激光束5的發散。第一管狀件32被承載聚焦透鏡3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
尤其用于圓形焊接和／或機加工工件的用于生成旋轉激光束（５）的設備（１），所述設備包括用于激光束的輸入裝置（４），所述激光束在通過出口（２９）從所述設備射出并照射到工件的沖擊區域上之前通過該設備的至少一個光學系統（１００）沿光徑行進，所述光學系統具有中心軸線（Ｘ１）并且至少用于調節所述激光束在所述沖擊區域內的像焦點（Ｆ０，Ｆ１，Ｆ１’，Ｆ２，Ｆ２’）的位置，所述光學系統還包括第一反射面（１０２），該第一反射面能夠繞所述中心軸線（Ｘ１）轉動并用于將所述激光束的方向改變為進入第二反射面（２６）的方向，該第二反射面為環形并朝所述軸線（Ｘ１）反射所述激光束，其特征在于，該設備包括用于驅使所述第一反射面（１０２）轉動的裝置（２０，２１，２２），所述光學系統（１００）適于使所述激光束在照射到所述第一反射面上之前會聚，以便在所述反射面（１０２）附近形成第一焦點。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J赫茨伯格，HP施沃布，F杜蘭德，W齊歇爾，B克諾貝爾，
申請(專利權)人：拉薩格股份公司，
類型：發明
國別省市：CH[瑞士]