借助传感器‑扫描装置进行远程激光加工的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种借助加工激光束（3）对至少一个工件（2）进行远程激光加工的装置，所述装置具有激光传导单元（4）和至少一个在光学上与激光传导单元（4）去耦合的传感器单元（14），它们能够共同地由操纵器（5）、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线移动，和/或所述工件（2）能够借助操纵器、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线相对地朝所述激光传导单元和传感器单元移动，其中所述加工激光束（3）能够借助所述激光传导单元（4）引导至所述工件（2）上的加工位置（8），并且所述传感器单元（14）具有用来检测所述工件（2）上的分析区域（17）的光学传感器（19），并且具有用来相对于所述操纵器（5）和/或工件（2）的运动来移动所述分析区域（17）的器件，根据本发明专利技术，所述传感器单元（14）作为移动所述分析区域的器件具有至少一个光学的、至少局部反射的引导元件（20），所述引导元件设置在所述分析区域（17）和所述传感器（19）之间的光路（21）中，并且所述引导元件这样可移动地构成，使得所述工件（2）上的分析区域（17）的位置能够通过与所述操纵器和/或工件运动叠加的相对运动来改变。

【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借助加工激光束对至少一个工件进行远程激光加工的装置，所述装置具有激光传导单元和至少一个在光学上与激光传导单元去耦合的传感器单元，它们能够共同地由操纵器、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线移动，和/或所述工件能够借助操纵器、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线和/或借助可移动的工件支架相对地朝所述激光传导单元和传感器单元移动，其中加工激光束能够借助激光传导单元引导至工件上的加工位置，并且所述传感器单元具有用来检测所述工件上的分析区域的光学传感器，并且具有用来相对于所述操纵器的运动来移动所述分析区域的器件。
技术介绍
在长焦距的激光装置（所谓的远程激光系统）中由于与工件相距的工作距离长达约300mm至2000mm，难以对激光束光加工艺进行控制和监视。由DE20200600591U1已知一种用于监视射束装置、尤其是远程激光器以用来加工工件的装置，其可用于不同的射束装置，还可用于具有更长焦距的射束装置。该射束装置具有可移动的激光头。监视装置包括至少一个可装在射束头上的传感器装置，其具有可控制的用于摄像器的调节装置和监视装置的投影装置，使得它们能够摆动。调节装置具有伺服电机和作用于伺服电机的调节机构，该调节机构又包括调节轴和铰接的旋转把手。调节装置能够根据射束头的焦距变化来控制。其缺点在于，传感器装置的分析区域如此之大，以致只能低质地检测待分析的数据。此外，该分析区域为了调节焦距只能一维地运动。该调节装置也不适合将分析区域快速地移到工件的不同区域。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是，提供一种用来进行远程激光加工的装置，其包括传感器单元，借助所述传感器单元能够在线地（即在加工过程中）高质量地和/或快速地、尤其实时地在工件的不同位置上检测分析数据。此目的通过具有独立专利权利要求1的特征的进行远程激光加工的装置得以解决。提出了一种借助加工激光束对至少一个工件进行远程激光加工的装置。“远程激光加工”这一术语尤其指借助激光束对工件进行切割、焊接和/或标记，其中激光头与待加工的工件是隔开的。该间距尤其为约300mm至2000mm。该装置包括激光传导单元。借助该激光传导单元能够将激光束引导到工件上。此外，该装置还包括传感器单元。它尤其用来改善切割或焊缝位置的精度，用来监视工艺和/或用来检测质量。激光传导单元和传感器单元可以共同地由为此设置的操纵器尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线移动。该操纵器在此优选是多轴工业机器人。附加地或备选地，该工件自身还被构造为尤其能够借助可活动的操纵器、尤其借助多轴的工件支架（其优选可由控制器控制）相对于激光传导单元和传感器单元移动。在上述可替代的情况下，激光传导单元和传感器单元优选被构造为位置固定的。“可移动”这一术语还优选指具有至少一个旋转自由度的活动性，尤其围绕着至少一个旋转/翻转轴线。加工激光束能够借助激光传导单元引导至工件上的加工位置。此外，传感器单元具有光学传感器，其用来检测工件上的分析区域。传感器单元与激光传导单元在光学上去耦合。传感器单元还包括用来相对于为此设置的操纵器的运动来移动分析区域的器件。该器件在此构成为至少一个光学的、尤其至少局部反射的引导元件，其包括在传感器单元中。引导元件优选是至少局部反射的镜子。引导元件设置在光路中，即设置在传感器单元的传感器光路中。该光路从分析区域开始一直延伸至光学传感器。引导元件因此设置在分析区域和传感器之间，和/或沿为此设置的工件的方向设置在该传感器之后，该光路优选能够通过所述至少一个引导元件和/或通过至少一个额外的传感器转向镜折叠或弯曲，因此能够将所述传感器单元的构造体只保持得尽量小。此外，引导元件被构造和/或可被激励为能够尤其围绕着至少一个旋转轴线移动。因此能够通过与操纵器运动叠加的相对运动，来改变分析区域在工件上的位置。激光传导单元和传感器单元、尤其与其传感器一起构成机械上和/或刚性彼此耦合的单元，该单元可以通过操纵器、尤其通过多轴工业机器人能够相对于工件移动。传感器的分析区域或检测区域由于与激光传导单元的光学去耦合（即激光传导单元和传感器单元均分别具有单独的、相互分开的或分离的光学器件）能够额外地相对于操纵器移动。与操纵器运动叠加的相对运动通过耦合输入到传感器单元的光路中的引导元件的相应运动实现。此引导元件在此优选指以可移动的方式支承的镜子，借助该镜子的运动能够改变分析区域在工件上的位置。由于为了移动分析区域与现有技术不同不是移动整个光学传感器，而只是移动置于光路中的引导元件，所以分析区域能够以快几倍的速度在工件的至少两个不同区域之间来回移动。因此有利的是，分析区域能够选择得非常小，从而能够提高其分辨率并因此提高评估精度。此外，尽管该缩小的、高分辨率的分析区域（借助它在某一时刻只能检测整个能够移动的检测区域的一部分），传感器单元仍然能够借助可非常快速移动的引导元件用于多种监视和改善应用，尤其用来改善精度、监视工艺和/或检查质量。此外，传感器单元的分析区域还由于与激光单元的去耦合能够在不同于加工位置的工件区域上移动。因此，传感器的分析区域能够检测与加工位置隔开的几何特征，例如工件的角部、边缘和/或螺钉和/或设置在其上或周围的标记，和/或跟随着它们的走向。那么根据此以传感方式检测到的数据，在具体的空间关系中能够沿着其额定轨道引导加工激光束的加工位置。有利的是，分析区域的位置能够在最大的运动区域内变化。该运动区域能够构成为二维的和/或三维的。此外，分析区域的最大运动区域尤其通过所述至少一个引导元件的最大偏转能力决定。该运动区域——分析区域能够在该运动区域中移动——优选这样构成，即加工位置总是位于运动区域的内部。因此，用于不同分析和改善目的的分析区域能够例如直接移到加工位置中，但抑或与该加工位置隔开地移到额定轨道和/或焊缝的区域中。在本专利技术的有利的改进方案中，所述传感器单元和所述激光传导单元刚性地相互耦合。该耦合优选构成为机械的。因此传感器单元和激光单元这样机械地相互耦合，使得它们能够作为整体单元由操纵器移动。同时它们能够在光学上相互去耦合，因此分析区域能够相对于工件上的加工位置自由地移动。传感器单元和激光传导单元优选构成为共同的操纵器单元，其尤其设置在工业机器人的可移动的端部上。传感器单元和激光单元优选具有共同的壳体，它们设置在该壳体中。但备选地，激光传导单元也能够具有单独的激光传导壳体，和/或传感器单元能够具有单独的传感器壳体。优选地，激光传导单元通过激光传导壳体刚性地或可移动地与操纵器相连，尤其与工业机器人的可移动的自由端部相连。此外还有利的是，所述传感器壳体与所述激光传导壳体尤其设置在所述激光传导壳体的下侧和/或侧面上和/或与激光传导壳体可松开地相连。因此有利的是，如果这两个单元中只有一个单元损坏，则不必更换整个装置。相反，只须更换分别损坏的单元，即激光传导单元或传感器单元。此外，通过该装置的模块化结构，激光传导单元也能够与多个传感器单元相连。这种模块化结构的另一优点是，所述至少一个激光传导壳体、尤其是激光传导模块和/或所述至少一个传感器壳体、尤其是传感器模块的数量和/或它们相互之间的相对布置能够独立地且快速地与各自的应用情况相匹配。因此有利的是，该装置具有多个传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种借助加工激光束（3）对至少一个工件（2）进行远程激光加工的装置，所述装置具有激光传导单元（4）和至少一个在光学上与激光传导单元（4）去耦合的传感器单元（14），所述激光传导单元（4）和所述传感器单元（14）能够共同地由操纵器（5）、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线移动，和/或所述工件（2）能够借助操纵器、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线相对地朝所述激光传导单元和所述传感器单元移动，其中所述加工激光束（3）能够借助所述激光传导单元（4）引导至所述工件（2）上的加工位置（8），并且所述传感器单元（14）具有用来检测所述工件（2）上的分析区域（17）的光学传感器（19），并且具有用来相对于所述操纵器（5）和/或工件（2）的运动来移动所述分析区域（17）的器件，其特征在于，所述传感器单元（14）作为移动所述分析区域的器件具有至少一个光学的、至少局部反射的引导元件（20），所述引导元件设置在所述分析区域（17）和所述传感器（19）之间的光路中，并且所述引导元件这样可移动地构成，使得所述工件（2）上的分析区域（17）的位置能够通过与所述操纵器和/或工件运动叠加的相对运动来改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.15 DE 102014113283.11.一种借助加工激光束（3）对至少一个工件（2）进行远程激光加工的装置，所述装置具有激光传导单元（4）和至少一个在光学上与激光传导单元（4）去耦合的传感器单元（14），所述激光传导单元（4）和所述传感器单元（14）能够共同地由操纵器（5）、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线移动，和/或所述工件（2）能够借助操纵器、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线相对地朝所述激光传导单元和所述传感器单元移动，其中所述加工激光束（3）能够借助所述激光传导单元（4）引导至所述工件（2）上的加工位置（8），并且所述传感器单元（14）具有用来检测所述工件（2）上的分析区域（17）的光学传感器（19），并且具有用来相对于所述操纵器（5）和/或工件（2）的运动来移动所述分析区域（17）的器件，其特征在于，所述传感器单元（14）作为移动所述分析区域的器件具有至少一个光学的、至少局部反射的引导元件（20），所述引导元件设置在所述分析区域（17）和所述传感器（19）之间的光路中，并且所述引导元件这样可移动地构成，使得所述工件（2）上的分析区域（17）的位置能够通过与所述操纵器和/或工件运动叠加的相对运动来改变。2.根据上述权利要求所述的装置，其特征在于，所述分析区域（17）在尤其二维的和/或三维的运动区域内的位置是可变化的，其中最大的运动区域优选通过所述至少一个引导元件（20）的最大偏转能力确定。3.根据上述权利要求中任一项或多项所述的装置，其特征在于，所述传感器单元（14）和所述激光传导单元（4）以机械方式和/或刚性地相互耦合，其中所述传感器单元（14）和所述激光传导单元（4）优选作为共同的操纵单元尤其设置在共同的壳体中，或者所述激光传导单元（4）具有尤其与所述操纵器（5）相连的激光传导壳体（15），和/或所述传感器单元（14）具有传感器壳体（16），所述传感器壳体与所述激光传导壳体（15）尤其在所述激光传导壳体（15）的下侧和/或侧面上和/或可松开地相连。4.根据上述权利要求中任一项或多项所述的装置，其特征在于，所述光学引导元件（20）构成为可移动的镜子和/或能够围绕着至少一个旋转轴线旋转，尤其以万向节的方式支承着，和/或所述传感器单元（14）具有至少一个尤其测定电流的、声光的、压电的和/或电动的用来移动引导元件的（20）的执行器。5.根据上述权利要求中任一项或多项所述的装置，其特征在于，所述传感器（19）直接地或者间接地尤其通过转向镜（22）和/或透镜的中间连接定向到所述引导元件（20）、尤其其中心。6.根据上述权利要求中任一项或多项所述的装置，其特征在于，所述传感器（19）是摄像机和/或间距传感器、尤其是用于同轴测量方法的点距传感器，优选用来实现光学相干断层扫描技术、聚光镜全息照相技术、多色共焦技术进行的间距测量和/或运行时间测定。7.根据上述权利要求中任一项或多项所述的装置，其特征在于，所述加工激光束（3）能够借助所述激光传导单元（4）相对于所述操纵器（5）的运动这样移动，即所述工件（2）上的所述加工位置（8）能够沿着额定轨道（11）进行引导，其中所述激光传导单元（4）优选构成为具有至少一个可移动的激光扫描镜（7）的激光扫描装置（6）。8.根据上述权利要求中任一项或多项所述的装置，其特征在于，所述传感器单元（14）包括传感器-扫描装置（18），其优选具有至少一个构成所述引导元件（20）的传感器扫描镜，所述传感器扫描镜构造得小于所述激光扫描镜（7），和/或所述传感器扫描镜的涂层与所述激光扫描镜（7）的涂层不同。9.根据上述权利要求中任一项或多项所述的装置，其特征在于，所述传感器单元（14）具有用来至少局部地照亮所述工件（2）的照明光源，所述照明光源能够与所述操纵器（5）一起移动，其中所述照明光源优选固定在共同的壳体、所述激光传导壳体（15）和/或所述传感器壳体（16）上，尤其固定在外侧上和/或可松开地固定，所述照明光源耦合在所述激光扫描装置（6）或所述传感器-扫描装...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫冈·福格尔，乌尔里克·蒙策尔特，乌韦·梅格勒，
申请(专利权)人：黑鸟机械人系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE