扫描头和具有这种扫描头的加工机制造技术

本发明专利技术涉及一种用于借助聚焦的激光射线（７ｃ）加工工件的扫描头（１．１），包括：一个沿第一方向（Ｃ）可旋转地支承的、用于使激光射线（７ａ）从第一方向（Ｃ）偏转到最好与第一方向垂直的第二方向（Ｂ）上的第一结构单元（２）和一固定在第一结构单元（２）上、沿着第二方向（Ｂ）可旋转地支承的第二结构单元（３），它具有一绕第一轴（Ａ↓［Ｓｃ］）可翻转的扫描镜（５）。在第一结构单元（２）中设置一适配射线偏转单元、尤其是一适配镜（８），该或另一扫描镜（５）在第二结构单元（３，３′）中绕与第一轴垂直的第二轴（Ｂ↓［Ｓｃ］）可旋转或可翻转地设置，并且，在该扫描头（１）中安置一光学装置（６），该光学装置具有一扩张射线的元件（９）和一聚焦的元件（１０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于借助聚焦的激光射线加工工件的扫描头以及具有这种扫描头的加工机，该扫描头包括一个沿着第一方向可旋转地支承的、用于使激光射线从第一方向偏转到最好与第一方向垂直的第二方向上的第一结构单元和一个固定在第一结构单元上的、沿着第二方向可旋转地支承的第二结构单元，该第二结构单元具有一可绕第一轴线翻转的扫描镜。对于本申请意义上的扫描头理解为一个组件，它可以绕第一和第二方向可旋转地支承在3D激光加工机或工业机器人(作为机器人)上，其中对扫描头供给通常准直的激光射线。
技术介绍
在EP 1 228 835中描述了这种扫描头。在那里激光射线借助可移动的透镜聚焦在一个焦点上，以便通过扫描镜绕第二方向旋转或其翻转产生一个两维的、拱曲的(球壳形的)工作区。通过透镜的运动可以改变焦点的空间位置，由此使工作区扩展成工作空间。由DE 100 27 148 Al已知一种用于加工工件的装置，其中在光路中设置可活动调整的扫描镜。在那里，对于活动的扫描镜理解为具有活动的、 例如万向的悬挂装置的扫描镜。通过扫描镜绕两个相互垂直的轴的翻转实现扫描镜的可调整性。上述扫描头和其它常见的扫描装置的缺点是，聚焦的激光射线的入射方向基本垂直于扫描器的工作区定向。由此扫描器主要适合于平面加工，因而对于立体加工大多需要附加的用于工件的轴运动。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是，进一步改进上述类型的扫描头，使得能够尽可能简单且快速地实现焦点位置以及工作空间的在很大程度上自由的空间取向。按照本专利技术，该目的通过开头所述类型的扫描头实现，其中，在第一 结构单元中设置一个适配射线偏转单元、尤其是适配镜，其中该扫描镜或 另一扫描镜在第二结构单元中绕与第一轴垂直的第二轴可旋转或可翻转地 设置，并且其中在扫描头中设置一个光学装置，该光学装置具有扩张射线 的元件和聚焦的元件。通过适配射线偏转单元使大角度(约90°)下的射线偏转与激光射线在 射线方向上的焦点位置变化相组合。由申请人的EP 1 424 584 Al公开了用 作适配射线偏转单元的适配镜，该文献通过引用成为本申请的内容。在那 里描述的适配镜是非球面的并且用于使射线偏转大的角度(约90°),因为 通过非球面形状减少了偏转时的成像误差。替换地，但不是优选地，也可 以使用在EP 1 424 584 Al中作为现有技术描述的由球面偏转镜与附加偏转 镜构成的组合作为适配射线偏转单元。如上所述，通过适配射线偏转单元可以产生激光射线焦点位置在射线 方向上的变化。由此对于起先(没有焦点调整时)为球壳的一个区段的扫 描器工作区赋予重要的在射线方向上的空间延伸，即从工作区变成工作空 间。此外通过调节射线方向上的焦点位置可以达到，(接近)球面的扫描 镜工作区转变成平面的工作区，如在扫描领域中常见的那样(类似F/e镜头 或平面区镜头)。使用适配光具回避了用于在射线方向上调节焦点的移动 轴的必要性，这在EP 1 228 835所描述的装置中是必要的。此外在本专利技术 扫描头中，用于扫描头的取向的第二结构单元的旋转运动在功能上与扫描 镜的旋转运动分开，因为这些旋转运动在技术上是难以统一。除了使用唯一的、绕第一轴可翻转且绕第二轴可旋转的扫描镜外，在 扫描头中也可以使用两个分开的、分别绕一唯一的轴可翻转的扫描镜。通 过设置与EP 1 228 835相比的又一旋转轴或翻转轴，能够分成一个用于工 作区的取向轴和一个快速的扫描轴。用于沿着两个轴翻转的扫描镜悬挂装 置例如可以如在申请人的DE 102 52 443 Al或DE 202 12 155 Ul中所描述 的那样构成。为了在常见的激光射线输入数据下有理想的光学特性，它们使得能够 遥控焊接，设置一个光学装置，它除了通过聚焦单元、尤其是通过椭圆球 面镜或聚焦透镜聚焦激光射线以外，也进行激光射线的扩张。该任务通过扩张射线的元件实现，它优选构造为抛物面镜或散射透镜。根据用途不同， 可以有利地使光学装置完全由反射的或者完全由透射的元件构成。在第一 种情况下光学装置优选包括一个抛物面镜和一个椭圆球面镜，在后一种情 况下优选包括一个散射透镜和一个聚焦透镜。组合地使用反射元件和透射 元件的光学装置也可以是有利的，尤其用于补偿由热效应引起的焦点位置 移动。扩张射线和聚焦的功能可以分别独自通过一个唯一的光学元件构成， 也可以通过在各自的功能方面优化的多光学元件组合来构成。所有这些实施方式可以与加工机组合地使用，该加工机优选用YAG激光器或C02激光 器运行。通过聚焦光学元件实现激光射线在焦点上的聚焦。焦点通过扫描镜偏 转到工作区，如上所述，要围绕该工作区用适配射线偏转单元产生一个工 作空间。在扫描头沿着一个坐标机器人的坐标基轴(X， Y， Z)运动时，扫描器的(有限)工作空间扩展到基本机器的工作空间上并且还可自由地空间取向。尤其是当扫描头与坐标机器人组合/运动时，例如可以在五面加工一 个汽车车身。在一个实施方式中，光学装置设置在第二结构单元中。在此扫描镜和 光学装置可以设置在第二结构单元的两个分开的组件中，其中扫描镜例如 设置在一个独立的扫描单元中，它法兰式连接在包括光学装置的组件上。替换地，扫描镜和光学装置可以组合到一个公共的、由第二结构单元 构成的组件中。由此实现一个特别紧凑的结构形式。在另一实施方式中，扫描镜与第二方向偏心地设置在第二结构单元中。 在此激光射线例如可以借助光学装置的反射光学元件从第二方向偏转到扫 描镜上，这使得描述镜能够在第二结构单元中偏心布置。因此在第二结构 单元绕第二方向旋转时，扫描镜走过一个圆弧，由此易于使扫描器工作区 任意地空间取向。在另一实施方式中，激光射线从第一方向到第二方向的偏转不仅通过 适配射线偏转单元进行，而且通过扩张射线的元件或聚焦元件进行。在这 种情况下聚焦或扩张射线的元件设计成反射的并且设置在第一结构单元 中。优选光学装置的另一元件也布置在第一结构单元中，该另一元件有利 地设计成透射的。通过这种布置实现紧凑的扫描器结构形式，其中尤其可以縮短第二结构单元的长度。由此减小摆动半径，这提高了定位精度。此 外在这种情况下扫描镜可以尺寸更小。在优选的实施方式中这样设计扫描头，使得激光射线在扫描镜上的入射角不在绕第一轴线翻转状态下不同于45°,以便满足在确定的焊接过程中 关于极化方面的要求。但这导致在扫描镜控制(变压)方面的增加的费用。 本专利技术还在用于三维加工工件的、具有如上所述的扫描头的加工机中 实现，该加工机具有一个用于使扫描头沿着坐标基轴移动的单元和一些用 于使扫描头沿着第一和第二方向可旋转地支承的倾角传动装置。尤其是在 使用申请人的TLC型3D加工机时，该加工机具有三个坐标基轴(X， Y， Z)和两个旋转轴(B， C)，可以将B/C轴运动学原理用来支承扫描头。附图说明借助于附图详细描述本专利技术的优选实施方式。附图中示出图1 扫描头的第一实施方式的纵剖面示意图，具有法兰式连接在反射光学装置上的扫描单元，图2 紧凑结构形式的扫描头第二实施方式的类似视图，图3扫描头第三实施方式的光学部件的示意图，具有在扫描镜上非直角的射线偏转，图4扫描头第四实施方式的纵剖面示意图，具有透射的光学装置，图5 扫描头第五实施方式的类似视图，具有透射的光学装置，其中 在散射透镜与聚焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
扫描头（１．１至１．９），用于借助聚焦的激光射线（７ｃ）加工工件，包括：　一个沿第一方向（Ｃ）可旋转地支承的、用于使激光射线（７ａ）从第一方向（Ｃ）偏转到最好与第一方向垂直的第二方向（Ｂ）上的第一结构单元（２），和　一固定在第一结构单元（２）上、沿着第二方向（Ｂ）可旋转地支承的第二结构单元（３），它具有一绕第一轴（Ａ↓［Ｓｃ］）可翻转的扫描镜（５），其特征在于，　在第一结构单元（２）中设置一适配射线偏转单元、尤其是一适配镜（８），该或另一扫描镜（５）在第二结构单元（３）中绕与第一轴垂直的第二轴（Ｂ↓［Ｓｃ］）可旋转或可翻转地设置，并且，在该扫描头（１．１至１．９）中安置一光学装置（６），该光学装置具有一扩张射线的元件（９，９′）和一聚焦的元件（１０，１０′）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：C伯特歇尔，
申请(专利权)人：通快机床两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]