多轴工具、其控制方法和相关布置技术

提供基于镭射的工具机及用于控制该工具机的技术的各种实施例。一些实施例是关于用以促进对工件的均一且可再现处理的技术。其他实施例是关于具有可快速改变焦距的变焦透镜。其他实施例是关于基于镭射的多轴工具机的各种特征，该等特征可促进镭射能量至扫描头的有效递送、可解决在工件处理期间可能产生的热机问题，等。另一实施例是关于用于最小化或防止颗粒物质在处理期间在工件表面上的不合需要的聚积。亦详述数个其他实施例及布置。

Multi axis tools, their control methods and related arrangements

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多轴工具、其控制方法和相关布置相关申请案的交互参照本申请案主张2017年5月25日申请的美国临时申请案第62/511,072号及2017年5月5日申请的美国临时申请案第62/502,311号的权益，该些申请案中的每一者以全文引用方式并入本文中。
本专利技术的实施例大体而言是关于用于实现自动运动控制的系统及方法，其中使用一或多个致动器来控制多轴工具机中的工具的位置或移动。
技术介绍
运动控制在机器人系统(例如，涉及多关节型机器人组态、笛卡尔坐标型机器人组态、圆柱坐标型机器人组态、极坐标型机器人组态、三角型机器人组态等等或其组合)、数值控制(NC)机器、计算机化NC(CNC)机器等等(本文中一般统称为“工具机”，该等工具机可适于处理工件)中的重要的态样。此等工具机通常包括一或多个控制器、一或多个致动器、一或多个传感器(各自提供为离散装置，或嵌入致动器中)、工具架或工具头，以及各种数据通信子系统、操作员接口等等。取决于所包括致动器的类型及数目，可将工具机提供为具有多个可独立控制的运动轴的“多轴”工具机。机械加工及其他自动化应用中对较高生产率的持续的市场需要已导致越来越多地使用具有各种类型的致动器、传感器及相关控制器的工具机。在一些情况下，多轴工具机(本文中亦称为“混合多轴工具机”)可具备能够沿着相同方向，但在不同带宽下赋予移动的多个致动器。通常，若第一致动器可响应于具有给定频谱或频率内容的命令信号而赋予移动比第二致动器可响应于相同命令信号而赋予移动更准确，则一个致动器(例如，第一致动器)可表征为具有比另一致动器(例如，第二致动器)更高的带宽。然而，第一致动器可赋予移动的运动范围通常将小于第二致动器可赋予移动的运动范围。决定应在混合多轴工具机的相对高带宽致动器与相对低带宽致动器之间分配哪些运动分量并非容易的任务。常见策略涉及操作一或多个相对低带宽致动器来使将要处理的工件移动且/或将使一或多个相对高带宽致动器移动至将要在其中处理工件的所要位置或“区”，并且然后当在处理工件期间操作(数个)相对高带宽致动器时，保持(数个)相对低带宽致动器的位置恒定。此后，操作(数个)相对低带宽致动器来使工件及/或(数个)相对高带宽致动器移动至将要在其中处理工件的另一“区”。运动控制的此种“逐个区”方法(亦称为“分步重复”方法)是不合需要的，因为其显著限制混合多轴工具机的产出量及灵活性。亦可能难以适当地或有利地定义可在其中操作(数个)相对高带宽致动器的各种工件“区”。以全文引用方式并入本文中的美国专利案第8,392,002号被理解为借助处理零件描述程序以将零件描述程序中所定义的工具尖轨迹(基于频率)分解成适合于混合多轴工具机的相对低带宽致动器及相对高带宽致动器的多组不同的位置控制数据，来解决与实施“逐个区”方法相关联的上述问题。然而，并且如美国专利案第8,392,002号中所确认，当混合多轴工具机经配置来使用具有骑在3轴笛卡尔级上的两个旋转轴的5轴CNC机械手来固持工件，并且包括相对高带宽致动器来使工具尖在3个笛卡尔轴中移动时，使用基于频率的分解方法可导致与旋转轴相关联的角度的错误。
技术实现思路
一个实施例可大致表征为一种用于处理一工件的基于镭射的多轴工具机，其中该工具包括：一镭射源，其经配置来产生镭射光；一支撑框架；一扫描头；一第一致动器，其耦接于该支撑框架与该扫描头之间，其中该第一致动器经布置且经配置来沿着一第一方向相对于该支撑框架平移该扫描头；一第二致动器，其耦接于该第一致动器与该支撑框架之间，其中该第二致动器经布置且经配置来沿着一第二方向相对于该支撑框架平移该扫描头及该第一致动器；以及多个镜，其经布置且经配置来沿着一传播路径将该镭射光自该镭射源导引至该扫描头。该多个镜可包括：一第一镜，其耦接至该支撑框架；以及一第二镜，其耦接至该第二致动器，使得该第二镜可相对于该第一镜沿着该第二方向移动且使得该扫描头可相对于该第二镜沿着该第一方向移动。另一实施例可大致表征为一种用于处理一工件的基于镭射的工具机，其中该工具包括：一镭射源，其经配置来产生镭射光，该镭射光可沿着一传播路径传播；一扫描透镜，其布置于该传播路径中；一第一致动器，其耦接至该扫描透镜，其中该第一致动器经布置且经配置来沿着一第一方向移动该扫描透镜；以及一变焦透镜，其在该传播路径中布置于该扫描透镜与该镭射源之间。另一实施例可大致表征为一种用于利用镭射光处理一工件的多轴工具机，其中该工具包括：一镭射源，其经配置来产生该镭射光，该镭射光可沿着一传播路径传播以在一光点处照射该工件；一工件定位总成，其可操作以移动该工件；一工具尖定位总成，其可操作以移动该光点；以及一控制器，其可操作地耦接至该工件定位总成及该工具尖定位总成，其中该控制器可操作以控制选自由该工件定位总成及该工具尖定位总成组成的组中的至少一者的一操作，以引起该工件与该光点之间的以一恒定速度的相对移动。该相对移动可包括绕着一第一轴的同时旋转移动及沿着不同于该第一轴的一第二轴的线性移动。附图说明图1为示意性地例示根据一个实施例用于控制多轴工具机的控制系统的方块图。图2A及图2B示意性地例示根据本专利技术的一些实施例的工件定位总成。图3示意性地例示根据本专利技术的一个实施例的工具尖定位总成。图4为示意性地例示根据另一实施例用于控制多轴工具机的控制系统的方块图。图5及图6为示意性地例示根据本专利技术的一些实施例的预处理级的方块图。图7及图8示意性地例示根据本专利技术的一些实施例的与定位总成调整技术相关联的示例性位置及移动。图9、图10及图11示意性地例示根据本专利技术的一个实施例的包括变焦透镜的光学布置。图12为例示使用关于图9、图10及图11所描述而配置的变焦透镜执行的实验的结果的曲线图。图13及图13B为示意性地例示用于实施错误校正技术的错误校正系统的一些实施例的方块图。图14为示意性地例示根据一个实施例的混合多轴工具机的透视图。图15为示意性地例示沿着图14中的线XV-XV'截取的图14中所示的混合多轴工具机的部分侧视平面图。具体实施方式本文参考随附图式描述示例性实施例。除非另外明确地说明，否则在图式中，组件、特征、组件等的尺寸、位置等，以及其间的任何距离不一定按比例，而是为清晰起见加以夸示。在图式中，相同编号通篇指代相同组件。因此，可能在参考其他图式时描述相同或类似数字，即使该等数字在对应图式中未提及亦未描述。又，即使未经参考数字指示的组件亦可能参考其他图式加以描述。本文所使用的术语仅出于描述特定示例性实施例的目的且不意欲限制性的。除非另外定义，否则本文中所使用的所有术语(包括技术及科学术语)具有一般熟习此项技术者通常所理解的相同意义。如本文所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一”及“该”意欲亦包括复数形式。应意识到，本说明书使用术语“包含”来指定所述特征、整数、步骤、操作、组件及/或组件的存在，而并不排除一或多个其他特征、整数、步骤、操作、组件、组件及/或其群组的存在或添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理工件的基于镭射的多轴工具机，其包含：/n镭射源，其经配置来产生镭射光；/n支撑框架；/n扫描头；/n第一致动器，其耦接于该支撑框架与该扫描头之间，其中该第一致动器经布置且经配置来沿着第一方向相对于该支撑框架平移该扫描头；/n第二致动器，其耦接于该第一致动器与该支撑框架之间，其中该第二致动器经布置且经配置来沿着第二方向相对于该支撑框架平移该扫描头及该第一致动器；以及/n多个镜，其经布置且经配置来沿着一传播路径将该镭射光自该镭射源导引至该扫描头，其中该多个镜包括：/n第一镜，其耦接至该支撑框架；以及/n第二镜，其耦接至该第二致动器，使得该第二镜可相对于该第一镜沿着该第二方向移动且使得该扫描头可相对于该第二镜沿着该第一方向移动。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170505 US 62/502,311;20170525 US 62/511,0721.一种用于处理工件的基于镭射的多轴工具机，其包含：
镭射源，其经配置来产生镭射光；
支撑框架；
扫描头；
第一致动器，其耦接于该支撑框架与该扫描头之间，其中该第一致动器经布置且经配置来沿着第一方向相对于该支撑框架平移该扫描头；
第二致动器，其耦接于该第一致动器与该支撑框架之间，其中该第二致动器经布置且经配置来沿着第二方向相对于该支撑框架平移该扫描头及该第一致动器；以及
多个镜，其经布置且经配置来沿着一传播路径将该镭射光自该镭射源导引至该扫描头，其中该多个镜包括：
第一镜，其耦接至该支撑框架；以及
第二镜，其耦接至该第二致动器，使得该第二镜可相对于该第一镜沿着该第二方向移动且使得该扫描头可相对于该第二镜沿着该第一方向移动。


2.一种用于处理工件的基于镭射的工具机，其包含：
镭射源，其经配置来产生镭射光，该镭射光可沿着传播路径传播；
扫描透镜，其布置于该传播路径中；
第一致动器，其耦接至该扫描透镜，其中该第一致动器经布置且经配置来沿着第一方向移动该扫描透镜；以及
变焦透...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆广，布莱恩·强汉森，马克·寇斯摩瓦斯基，卢可伟，李光宇，
申请(专利权)人：伊雷克托科学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US