利用流体射流引导的激光束加工工件的设备及其组装制造技术

本发明专利技术提供了一种用于利用激光束(102)加工工件(101)的设备(100，200，300，900)和方法(400)。特别地，设备(100，200，300)包括用于生成加压的流体射流(104)的喷嘴(103)、和配置成将激光束(102)耦合至流体射流(104)中的至少一个光学元件(105)。设备(100，200，300)还包括围绕喷嘴(103)和所述至少一个光学元件(105)的密闭的外壳(106)。密闭的外壳(106)包括设置有接口单元(108)的上侧部分(107)和通过接口单元(108)可移除地附接至上侧部分(107)的下侧部分(109)。下侧部分(109)包括用于朝向工件(101)输出流体射流(104)的出口孔(110)，其中，出口孔(110)与流体射流(104)同轴地对准。设备(900)具有附接至上侧部分(109)并包括用于朝向工件输出流体射流的通道的不同的下侧部分(901)，其中，通道的长度与通道的直径(特别是恒定直径)的比率为1：1至20：1、优选地为5：1至15：1。

The equipment and assembly of workpiece processing by laser beam guided by fluid jet

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用流体射流引导的激光束加工工件的设备及其组装
本专利技术涉及一种用于利用激光束加工工件的设备，并且涉及一种组装该设备的方法。该设备专门用于利用耦合至流体射流中的激光束加工工件。特别地，本专利技术的设备具有改进的防溅罩，即，具有防止流体和微粒从工件溅回至该设备中的改进的保护。另外，本专利技术的组装方法包括支持改进的防溅罩保护的对准过程。
技术介绍
用于利用激光束(该激光束耦合至撞击到工件上的流体射流中)加工工件的传统设备是众所周知的。在一种这样的传统设备中，将防溅罩设置于该设备的流体射流出口。防溅罩由薄金属片实现，并且具有在利用激光束加工工件时减少从工件溅回至设备中的流体量的目的。这是因为，返回进入至设备中的流体可能会对设备内部的流体射流的生成造成负面影响。流体射流通常由流体喷嘴生成。如果溅回的流体进入设备并粘附至喷嘴，则它可能会干扰液体射流的生成，从而使得液体射流颤动或甚至断开。这将使工件加工过程不可行或至少效率非常低。薄金属片提供了相对便宜的方案，但是具有如下所描述的多个缺点。金属片防溅罩在设备的操作开始之前安装至该设备上，并且没有用于流体射流的出口孔。当设备的操作开始时，激光束在薄金属片中钻孔，该孔允许流体射流流出。然而，不能控制该出口孔的形状和直径。特别地，所产生的出口孔通常不像流体射流那样是圆形的，而是椭圆形的形状。因此，产生了不必要的空间，从工件溅回的流体可能通过该空间进入设备。此外，当由激光束钻出出口孔时，已经产生了流体射流，从而使得流体开始在设备内部积聚。该流体需要从设备中释放，并且因此防溅罩设置有另外的孔。遗憾的是，这些另外的孔也潜在地允许从工件溅回的流体进入设备，并且在那里恶化流体射流的质量。显然，对流体射流的生成的任何干扰都会导致系统性地缩短有效的流体射流，并且因此导致工件加工效率显著降低。具体地，在采用薄金属片方案的传统设备中，效率可能从该方案的最佳情况下的值降低多达30％或更多。此外，在设备操作期间，由于激光束吸收，出口孔将不利地变形，特别是变宽。这种不可避免的变形不断地增大流体溅回至设备中的可能性。另外，防溅罩必须相当频繁地(每次重新启动设备时或多或少地)更换，因为薄金属片在设备的操作期间会被腐蚀。因此，其它的传统设备使用固定安装的覆盖部件。该覆盖部件沿工件方向至少部分地封闭相应的设备，并且具有用于流体射流的预制出口孔。然而，覆盖部件没有充分地防止溅回的流体进入设备。这是因为预制的出口孔太大，或者在覆盖部件中设置了另外的孔以便允许流体或气体排出。此外，由于在操作设备之前就已经将覆盖部件固定地安装，因此出口孔与流体射流的对准或重新对准是困难的。实际上，这是为这些覆盖部件设置相对较大的出口孔(与流体射流的直径相比)的一个原因。此外，覆盖部件的更换是不可行的或至少是很困难的(例如如果在长时间使用设备之后需要清洁或更换覆盖部件)。考虑到这些问题和缺点，本专利技术旨在改进传统设备。因此，本专利技术的目的是提供一种用于利用耦合至流体射流中的激光束来加工工件的设备，该设备可以更有效地加工工件并且具有改善的工艺稳定性。特别地，本专利技术旨在当加工工件时，特别是在钻孔和铣削工件时，更好地稳定流体射流。为此目的，本专利技术期望防止溅回的流体的改进的保护，并且期望设备内部的流体射流因此不受干扰地产生，同时期望随之而来的使用寿命的增加以及部件性能的提高。另外，本专利技术还旨在在提供包裹流体射流的保护性气体层的情况下减少气体消耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过所附独立权利要求中提供的方案来实现的。在从属权利要求中限定了本专利技术的有利实施方式。特别地，本专利技术提出了一种具有外壳(该外壳用作改进的防溅罩)的设备，并且提出了该设备的组装方法，该方法包括外壳的出口孔与流体射流的对准过程。该设备的结构特征和组装方法有利地配合。本专利技术的第一方面提供了一种用于利用激光束加工工件的设备，该设备包括用于产生加压的流体射流的喷嘴、被配置成将激光束耦合至流体射流中的至少一个光学元件、围绕所述喷嘴以及所述至少一个光学元件的密闭的外壳，其中，该密闭的外壳包括：上侧部分和下侧部分，该上侧部分设置有接口单元，该下侧部分通过所述接口单元可移除地附接至所述上侧部分且包括用于朝向工件输出所述流体射流的出口孔，其中，所述出口孔与所述流体射流同轴地对准。加压的流体射流用作用于激光束的波导，并通过全内反射将激光束引导至工件上。因此，可以利用该激光束加工工件。“密闭的外壳”是指防止流体和气体除通过出口孔外在设备内部与设备周围的大气之间进行交换的外壳。因此，形成上侧部分和下侧部分的材料对于流体和气体是不可渗透的。此外，上侧部分和下侧部分之间的连接是液密和气密的。当然，为了在设备中生成流体射流，流体需要被供应至设备的内部。此外，在优选的情况下，流体射流将被气体层包裹，保护气体也需要被供应至设备的内部。然而，流体和/或气体被供应使得设备与外部流体和/或气体供应部形成闭合的系统。因此，这种有目的地供应的流体和/或气体将不与设备周围的大气进行交换，并因此不意味着外壳是不密闭的。密闭的外壳的优选结果是，进入设备的流体(用于生成流体射流)的流量等于通过出口孔流出设备的流体的流量。同样，进入设备的气体(用于提供围绕流体射流的保护性气体层)的流量优选地等于通过出口孔流出设备的气体的流量。“可移除地附接”是指下侧部分可以以非破坏性的方式从上侧部分拆卸下来，而不损坏设备的任何部分。这特别地是指下侧部分旨在被移除。优选地，这是指下侧部分可以容易地从上侧部分移除，即，分别地，无需对该设备或其外壳进行任何复杂且费时的拆解。“同轴地对准”意味着出口孔是圆形的(至少与完美圆度有至多5微米、优选地至多3微米的偏差)，并且该圆形孔的中心与流体射流的假定的圆形横截面的中心对准。特别地，同轴地对准是指流体射流在圆形出口孔内居中(至少与完美的居中有小于10微米、优选地小于5微米的偏差)。设备的密闭的外壳用作改进的流体防溅保护部，这显著地降低了流体从工件溅回至设备中的可能性。因此，该设备可以执行工件加工过程，这比利用传统设备执行的加工过程明显更有效和稳定。改进的防溅保护(并且实际上从本文的意义上说是外壳的密闭性)的一个原因是，外壳没有任何另外的流体和/或气体释放孔。由于该设备的组装方法(下面将更详细描述)、尤其是由于下侧部分组装到上侧部分的程序，因此可以避免这种释放孔。该组装程序包括出口孔与流体射流的对准过程，该对准过程可以有利地在下侧部分从上侧部分拆卸下来的情况下进行。由于下侧部分可移除地附接至密闭的外壳的上侧部分的设计，以及由于接口单元和密闭的接口的设计，因此这是可能行的。因此，在对准过程中，流体不会积聚在设备中，并且因此不需要流体释放孔。另一原因是圆形的流体射流与圆形的出口孔之间的同轴对准减少了不必要的空间(飞溅的流体可以通过该空间进入设备)。同轴对准是对准过程的另一有利结果，该对准过程在设备的组装期间进行并且改善了流体射流的稳定性。由于下侧部分可从上侧部分移除，因此简化了设备的清洁和设备的部件的更换。在该设备的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于利用激光束(102)加工工件(101)的设备(100，200，300)，所述设备(100，200，300)包括：/n用于生成加压的流体射流(104)的喷嘴(103)，/n至少一个光学元件(105)，所述至少一个光学元件(105)被配置成将所述激光束(102)耦合至所述流体射流(104)中，/n围绕所述喷嘴(103)和所述至少一个光学元件(105)的密闭的外壳(106)，其中，所述密闭的外壳(106)包括：/n上侧部分(107)，所述上侧部分(107)设置有接口单元(108)，以及/n下侧部分(109)，所述下侧部分(109)通过所述接口单元(108)可移除地附接至所述上侧部分(107)并包括出口孔(110)，所述出口孔(110)用于朝向所述工件(101)输出所述流体射流(104)，/n其中，所述出口孔(110)与所述流体射流(104)同轴地对准。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171013 EP 17196467.91.一种用于利用激光束(102)加工工件(101)的设备(100，200，300)，所述设备(100，200，300)包括：
用于生成加压的流体射流(104)的喷嘴(103)，
至少一个光学元件(105)，所述至少一个光学元件(105)被配置成将所述激光束(102)耦合至所述流体射流(104)中，
围绕所述喷嘴(103)和所述至少一个光学元件(105)的密闭的外壳(106)，其中，所述密闭的外壳(106)包括：
上侧部分(107)，所述上侧部分(107)设置有接口单元(108)，以及
下侧部分(109)，所述下侧部分(109)通过所述接口单元(108)可移除地附接至所述上侧部分(107)并包括出口孔(110)，所述出口孔(110)用于朝向所述工件(101)输出所述流体射流(104)，
其中，所述出口孔(110)与所述流体射流(104)同轴地对准。


2.根据权利要求1所述的设备(200，300)，其中，
所述上侧部分(107)和所述下侧部分(109)之间的密闭的接口(207)被形成，优选地通过橡胶V形环、通过涂脂的板对板接触、或通过超平整的板对板接触形成。


3.根据权利要求1或2所述的设备(100，200，300)，其中，
所述下侧部分(109)能够通过将该下侧部分(109)从所述上侧部分(107)拉离而被容易地移除。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备(100，200，300)，其中，当所述下侧部分(109)被移除时，
所述下侧部分(109)能够通过简单地将该下侧部分(109)靠近所述上侧部分(109)而重新附接。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备(100，200，300)，所述设备(100，200，300)被配置成：
在所述下侧部分(109)被移除时，执行所述流体射流(104)与所述出口孔(110)的对准过程(400)。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(100，200，300)，其中，
所述出口孔(110)的直径是所述流体射流(104)的直径的1倍至6倍、优选地1倍至3倍。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备(100，200，300)，其中，
所述接口单元(108)包括磁性元件，并且
所述下侧部分(109)通过所述磁性元件磁性地附接至所述上侧部分(107)。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备(100，200，300)，其中，
所述接口单元(108)包括机械元件，所述机械元件优选为弹簧元件，并且
所述下侧部分(109)通过所述机械元件机械地附接至所述上侧部分(107)。


9.一种用于利用激光束(102)加工工件(101)的设备(900)，所述设备(900)包括：
用于生成加压的流体射流(104)的喷嘴(103)，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·埃斯平，J·迪博伊内，H·迪厄，B·里彻兹哈根，
申请(专利权)人：辛诺瓦有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH