机床的热概念制造技术

本发明专利技术涉及机床的热概念，具体涉及一种激光加工系统(1)，具有控制单元(30)、激光消融装置(10)和气体供应装置(40)，其中，激光消融装置包括用于产生激光束(14)的激光器(12)和激光头(16)，其包括用于将激光器(12)的激光束(14)引导到待加工的工件(22)的表面(20)上的再定向装置(18)，其中，工件(22)被配置在位于工作腔室(28)中的容纳设备(26)中，其中，定位装置(32)被设置为用于激光头与工件之间的相对移动，且其中工作腔室(28)包括用于气体的至少一个入口(46)和至少一个出口(48)。激光加工系统(1)的气体供应装置(40)被构造为提供工作腔室(28)中的气流，以及温度系统(11)被设置为调节气流的温度。

【技术实现步骤摘要】
机床的热概念
本专利技术涉及一种激光加工系统，其包括控制单元、激光消融(ablation)装置和气体供应装置，其中，温度系统被设置为控制装置的工作腔室中的气体的温度。
技术介绍
用激光束加工基材或工件的激光加工系统是已知的。而且，已知激光加工装置和方法被用于在基材或工件上形成一表面，特别是一个或多个切割边缘(cuttingedge，切口)以形成切割工具。关于加工，在短脉冲激光器的帮助下的切割工具激光消融提供了经济地加工非常硬的材料(例如，多晶金刚石或CVD金刚石)的可能性。激光加工装置通常可以被描述为包括产生光束的激光源，该光束借助反光镜被引向消融的区域。在光束到达消融的平面之前，一聚焦透镜被置于该光束的路径上，该聚焦透镜的作用在于集中光束于一个具有非常小的直径的点，以供应非常高密度的能量。消融是通过材料在光束聚焦的点处的升华作用而得到的。发生消融过程的必要条件是，在足够短的时间内吸收充足的能量以使温度快速升高至使材料分解的点。所有消融过程导致一些消融产物成分(可为气态、液态或固态，称为消融碎屑(ablationdebris))的生成。这些消融碎屑是一个重大的问题。已使用多种方法和设备来尝试捕获和控制在激光消融过程期间生成的消融碎屑。大多数方法和设备依赖于正在被消融的表面附近的某种气流。但气流的应用还可以导致所述加工环境所不期望的干扰。可能导致对加工具有不利影响的气流或气态湍流。此流动可通过在该区域的一侧吹气并从该区域的另一侧强力抽吸而产生，其中，重要的是避免基材的其他部分上或激光消融装置的其他元件上的流体流动而产生的滞留的消融碎屑的沉积。已知的激光加工系统提供了在内部空间或外壳(enclosure)中的工作区域(被称为工作腔室)，其中，内部空间可以由壳体限定并且可以包括减弱光透射的能打开的屏蔽设备、以及内部空间与外部空间之间的其他元件。这类工件的外壳必须适应于使加工周围的体积完全符合加工所需。外壳必须被密封，其包括至少一个与外界隔开的外壳的内部体积的大体上不透气且不透光的密封和/或外壳内的气体的紧密密封。采用这种外壳，保护激光加工装置的使用者免受光透射和消融碎屑的影响。打开屏蔽设备导致气体和热在工作腔室与环境之间进行交换，其中，工作腔室中设置的装置元件的温度的变化可能产生变形和精度问题。而且，在内部空间中，气流可以被引导到消融点上，其中，适宜以倾斜的角度将气流引导到加工区域上。通过气流将升华期间形成的等离子体从激光的加工区域去除。气体供应装置可以包括多个气体喷嘴，每个气体喷嘴将局部流(partialstream)从不同方向引导到激光束的冲击点附近的加工区域上。为了限制已知的缺陷，激光消融装置通常可以运用抽吸罩(还被称为喷射器)，该抽吸罩具有提供进出工作区域的一个或多个门及设置为提供轻微低压的抽吸单元。抽吸罩被设置为设计一种不透油、不透水、不透气和/或不透光的工作腔室。然而，工作腔室的密封性(tightness)导致不完全地控制空气流。空气可以通过产生经过所设置的排出管道离开的湍流流动的门的迷宫而进入工作腔室中。空气的湍流流动可以导致工作腔室中的多个区，其中气体、烟气和/或雾不受到抽吸影响并保持在工作腔室中。而且，不仅消融碎屑的去除必须被解决，而且温度分布对于所加工的部件的精度提升是很重要的。在激光消融装置中，不同的热源引起横跨该装置的与位置和时间相关的非均匀温度分布。这个非均匀温度分布导致热变形误差并引起对于加工精度的不利影响。持久的加工过程通过局部加热过程而产生更多的热量。输入工件的热量导致对大块材料的额外加热，这可能导致局部变形和不利的热影响区。已知的是，将整个激光加工系统设置到具有受控温度的室(room)中的布置被用于提供激光加工的均匀温度。而且，已知提供了激光加工系统的不同元件的冷却，以及为小的加工元件提供小的电机以降低由其发出的热量。本专利技术的一个目的是，提供一种激光加工系统，使得由热效应导致的变形误差以经济的方式最小化。
技术实现思路
本专利技术涉及一种激光加工系统，包括控制单元、激光消融装置和气体供应装置，其中，气体供应装置包括供应装置和提取装置。激光加工系统包括激光消融装置，该激光消融装置能够使激光消融基材或工件的表面上的区域，该基材或工件包括设有气体供应装置和温度系统的至少部分封闭的工作腔室。工作腔室被构造为具有入口和出口的外壳，气流(特别是来自周围的空气)以使其流过待处理的基材的表面、工作区域的方式经由该外壳被设置在外壳的内部体积中，以便夹带(entrap)从基材消融的碎屑并冷却关键区域。所使用的流体优选地是空气，但在一些情况下可以是诸如氮气、氦气、氖气、氩气、氙气和/或氡气的其他气体。气流被用于夹带消融碎屑并引导其离开关键区域或优选地从工作区域完全去除。而且，有利的是，即使打开工作腔室也不会出现空气流的干扰，并且空气的额外交换量大大减少。可以通过使气体经由泵和至少一个喷嘴进入工作腔室而生成气流，其中，气体可以经过至少一个明确限定的进气口被压入工作腔室、或者通过提取工作腔室外的气体经过出气口或经过进气口和出气口两者来实现。根据本专利技术的优选方案，气流的流动通过气体供应装置生成，气流被提供为在整个工作腔室中及消融的区域上大体上以层流的方式流动。气体供应装置包括气体供应结构和气体去除结构。在气体的层流的情况下，消融碎屑去除的效率可以被增加且没有任何再沉积。优选地，控制气流的控制单元被构造为控制流经封闭的工作腔室的入口和/或流经其出口的气体的物理和/或化学性质，例如，控制单元被构造为控制气体供应装置和/或温度系统。已知的是，强制对流冷却借助空气喷射装置在现有技术中采用，并且对于从激光加工系统的不同部分(例如，光学元件)中去除热量和消融碎屑是有效的，这种强制对流冷却冲击(impinge)光学元件和力，这是由于该冲击影响了激光加工系统中通常包括的反光镜和透镜的位置和控制。因此，激光加工系统的位置和速度的精度通过使用强制对流冷却而降低。此外，使用光束上的加热空气的湍流导致光学象差(opticalaberration)，光学象差趋于增加聚焦点的最小可实现尺寸，以进一步影响系统的精度。气体沿着预定路径经过被夹带的碎屑颗粒离开起始点的能力取决于所传递的动量并取决于被夹带颗粒的尺寸和重量。为了优化传递到气流中的动量的效率，最有利的情况是附接到待加工的工件区域的层状边界层的形成。对于气流的空气动力学特性，气体喷射的冲击点与激光束之间的距离、气体压力、喷嘴类型和喷嘴直径是选择的多个因素。在激光加工系统中，已知的是，激光和激光束自身的非常大量的废热聚集在激光中及光学元件中而用于弯曲、聚焦激光束和引导激光束的输出。激光加工系统需要经济有效的冷却系统。根据本专利技术的装置包括温度系统，其用于调节所引导的气流的温度。通常，温度系统包括用于加热或冷却的设备，其用于调节和控制进入的气流的温度。该设备可以被构造为热交换器，其中使用空气和/或水。例如，水可以被用于第一冷却回路中并可以被进一步用于冷却激光消融系统中包括的电子设备、光学和机械部件。工作区域的热稳定性通过对进入的气流的温度的控制而大幅增加，并且没有会使工作腔室中的空气管理不稳定的干扰的气流。而且，温度系统包括传感器装置，特别是设置为确定工件的温度、工作腔室中的气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光加工系统(1)，具有控制单元(30)、激光消融装置(10)和气体供应装置(40)，其中，所述激光消融装置(10)包括：激光器(12)，用于产生激光束(14)；和激光头(16)，包括用于将所述激光器(12)的激光束(14)引导到待加工的工件(22)的表面(20)上的再定向装置(18)，其中，所述工件(22)被配置在位于工作腔室(28)中的容纳设备(26)中，其中，定位装置(32)被设置为用于所述激光头(16)与所述工件(22)之间的相对移动，以及其中，所述工作腔室(28)包括用于气体的至少一个入口(46)和至少一个出口(48)，其特征在于，所述气体供应装置(40)被构造为提供所述工作腔室(28)中的气流，且所述激光加工系统具有温度系统(11)，所述温度系统被设置为调节所述气流的温度。

【技术特征摘要】
2017.05.03 EP 171692921.一种激光加工系统(1)，具有控制单元(30)、激光消融装置(10)和气体供应装置(40)，其中，所述激光消融装置(10)包括：激光器(12)，用于产生激光束(14)；和激光头(16)，包括用于将所述激光器(12)的激光束(14)引导到待加工的工件(22)的表面(20)上的再定向装置(18)，其中，所述工件(22)被配置在位于工作腔室(28)中的容纳设备(26)中，其中，定位装置(32)被设置为用于所述激光头(16)与所述工件(22)之间的相对移动，以及其中，所述工作腔室(28)包括用于气体的至少一个入口(46)和至少一个出口(48)，其特征在于，所述气体供应装置(40)被构造为提供所述工作腔室(28)中的气流，且所述激光加工系统具有温度系统(11)，所述温度系统被设置为调节所述气流的温度。2.根据权利要求1所述的激光加工系统(1)，其中，所述气体是来自周围的空气。3.根据权利要求1或2所述的激光加工系统(1)，其中，所述气体供应装置(40)包括气体供应结构(41)和气体去除结构(42)，使得进入的气流(44)借助泵和至少一个出口(48)被压入或被吸入所述工作腔室(28)中。4.根据前述权利要求任一项所述的激光加工系统(1)，其中，所述气体供应装置(40)和所述温度系统(11)由所述控制单元(30)控制。5.根据前述权利要求任一项所述的激光加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·马蒂，T·雷伯，
申请(专利权)人：阿加森机械制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH