用于自动调整射流角度的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于利用激光束(101)加工工件的装置(100)。所述装置(100)包括：加工单元(102)，所述加工单元(102)被配置成提供加压的流体射流(103)并将所述激光束(101)耦合至所述流体射流(103)中。该装置(100)还包括：运动单元(104)，所述运动单元(104)被配置成使所述加工单元(102)绕x轴和/或y轴旋转；确定单元(105)，所述确定单元(105)被配置成确定所述流体射流(103)与所述y轴之间的第一角度和/或所述流体射流(103)与所述x轴之间的第二角度；以及处理单元(106)，所述处理单元(106)被配置成控制所述运动单元(104)使所述加工单元(102)基于所述第一角度绕所述x轴旋转和/或基于所述第二角度绕所述y轴旋转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自动调整射流角度的装置
本专利技术涉及一种用于利用耦合至加压的流体射流中的激光束加工工件的装置。根据本专利技术，该装置被配置成自动调整加压的流体射流束相对于至少一个轴的角度。本专利技术还涉及一种用于调整引导激光束的流体射流的角度的方法。调整流体射流的角度具体包括相对于目标角度校正流体射流的角度。因此，本专利技术还涉及测量流体射流在空间中的至少一个角度。
技术介绍
传统的用于利用耦合至加压的流体射流中的激光束加工工件的装置通常是已知的。为了利用激光束加工工件，在流体射流中借助全内反射将激光束引导到工件上。如果将工件加工成具有明确定义的角度或倾斜表面的产品，则必须反复调整流体射流相对于工件表面的角度。流体射流角度调整得越准确，产品就成形得越精确。在一些情况下，例如可能希望沿竖直方向精确地对准流体射流并且在使倾斜结构成形时使工件表面相对于竖直方向倾斜。在其它情况下，可能希望使加压的流体射流相对于竖直方向精确地倾斜(俯仰和偏航)，例如，以用于产生更复杂的产品结构。在传统装置中通常遇到的问题是，该装置完全不能自动调整流体射流的角度。对流体射流角度的任何调整都只能手动进行，这是一个相当麻烦且耗时的过程。此外，在使用和操作传统装置一定时间之后，流体射流角度再次错位(misalign)。然而，在传统装置中不容易注意到小的错位，这是因为传统装置本身不能测量当前的流体射流角度。进一步地，在加工过程中不能校正错位的流体射流角度。因此，并由于手动调整流体射流角度的过程费时，从而导致通常不以常规的方式进行流体角度校正，这是因为这将显著影响加工处理时间和效率。因此，利用传统装置执行的加工过程的精度通常未得到优化。鉴于上述问题和缺点，本专利技术旨在改进用于利用耦合至流体射流中的激光束加工工件的传统装置及相应的方法。本专利技术的目的是提供一种能够自动且精确地调整引导激光束的流体射流的至少一个角度的装置和方法。为此，本专利技术的装置和方法应当能够准确地测量至少一个流体射流角度。该装置和方法也应当能够自动校正流体射流角度与目标角度的任何偏差。应当可以在工件的加工过程期间更快地且理想地进行这些角度调整和/或校正。因此，本专利技术旨在一种配置成以更高的精度和改善的处理效率来加工具有倾斜表面和/或复杂结构的工件的装置和方法。由此，本专利技术也旨在一种简单且紧凑的装置实现。
技术实现思路
本专利技术的目的通过所附独立权利要求中提供的方案来实现。在从属权利要求中定义了本专利技术的有利实现。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装置，所述装置包括：加工单元，所述加工单元被配置成提供加压的流体射流并将所述激光束耦合至所述流体射流中；运动单元，所述运动单元被配置成使所述加工单元绕x轴和/或y轴旋转；确定单元，所述确定单元被配置成确定所述流体射流与所述y轴之间的第一角度和/或所述流体射流与所述x轴之间的第二角度；以及处理单元，所述处理单元被配置成控制所述运动单元使所述加工单元基于所述第一角度绕所述x轴旋转和/或基于所述第二角度绕所述y轴旋转。确定单元确定至少一个角度可以包括：向处理单元提供一个或多个代表性测量值，然后该处理单元基于所述测量值计算所述至少一个角度。由此确定单元可以在处理单元的控制下获得所述测量值。例如，处理单元可以通知确定单元它需要进行多少次测量或何时进行测量。然而，确定单元也可以直接确定所述至少一个角度并将其提供给处理单元。处理单元可以使用第一角度和/或第二角度为运动单元提供至少一个用于使加工单元绕至少一个轴旋转的指令。通过使加工单元绕至少一个轴旋转，运动单元能够使流体射流在空间中至少相对于该轴倾斜。由于确定单元、处理单元和运动单元之间的交互，尤其是在加工过程期间，所述装置可以自动调整至少一个流体射流角度。因此，相比于传统装置的可能调整(手动)，可以以更高的精度且更快地调整至少一个流体射流角度。在所述装置的一优选实施形式中，所述处理单元被配置成控制所述运动单元使所述加工单元绕所述x轴旋转第一调整角度和/或绕所述y轴旋转第二调整角度，所述第一调整角度由第一目标角度与所述第一角度之间的差值定义，以及所述第二调整角度由第二目标角度与所述第二角度之间的差值定义。所述至少一个目标角度可以例如被选择成使得流体射流沿着竖直方向对准。然而，任何目标角度都是可以的，这特别是由于对流体加压允许其线性延伸(即使未垂直对准时也是如此)。加工单元自动旋转至少一个调整角度允许立即校正在加工过程期间或之后发生的流体射流角度的错位。不必中断加工过程并手动重新对准。来自确定单元的反馈允许处理单元控制运动单元以进行非常快速的角度校正。因此，可以在合理的时间内由工件成形出更加复杂的产品。在所述装置的另一优选实施形式中，所述运动单元被配置成使所述加工单元以小于或等于1°的精度绕所述x轴和/或y轴旋转。例如，0.5°至1°或甚至0.1°至1°或甚至0.01°至0.1°的精度是可以的。因此，能够以非常高的精度调整或校正流体射流的至少一个角度，并因此允许非常精确地由工件制造复杂的产品结构和形状。在所述装置的另一优选实施形式中，所述确定单元包括：机械单元和感测单元，所述感测单元被配置成感测所述激光束的光并根据感测到的所述光产生感测信号，以及所述确定单元被配置成在所述加工单元在所述x方向和/或y方向上相对于所述机械单元移动的同时基于来自所述感测单元的感测信号的变化确定所述流体射流的x位置和/或y位置。感测单元可以包括照相机、光电探测器等。机械单元可以包括板、环、十字形物等。移动单元可以包括平移马达等。确定单元被配置成非侵入性地光学测量流体射流的至少一个位置。该光学测量提供了特别高的准确度。更有利的是使用激光束的光进行测量，因为这允许简单且紧凑的装置实现。至少当针对至少两个z位置确定流体射流的x位置和/或y位置时，可以使用x位置和/或y位置确定流体射流的至少一个角度。在所述装置的另一优选实施形式中，所述机械单元至少包括具有尖锐边缘的碰撞元件，所述尖锐边缘被配置成在所述流体射流接触所述尖锐边缘时干扰所述流体射流。碰撞元件优选地被配置成当被流体撞击时反射激光束。尖锐边缘优选地被配置成在其接触流体射流时非常精确且明显地干扰流体射流，从而也干扰激光束反射。因此，机械单元可用于产生用于确定流体射流的至少一个位置的准确信号。机械单元可以实现成加工表面或集成有加工表面，该加工表面在加工过程中承载工件。因此，可以在加工过程期间执行由确定单元进行的测量，即无需只有在停止所述装置、移除工件时才进行流体射流位置的测量。此外，机械单元允许紧凑的装置实现。在所述装置的另一优选实施形式中，所述机械单元包括具有尖锐边缘的板作为所述碰撞元件，和/或所述碰撞元件为环形或十字形的。该实施形式实现了简单且便宜的制造，但是很有效地使用了机械单元。在所述装置的另一优选实施形式中，所述装置还包括被配置成安装所述工件的加工表面，其中，所述机械单元包括所述加工表面或附接到所述加工表面。这样，所述装置可以在加工工件时进行角度测量和调整。不需要为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于利用激光束(101)加工工件的装置(100)，所述装置(100)包括：/n加工单元(102)，所述加工单元(102)被配置成提供加压的流体射流(103)并将所述激光束(101)耦合至所述流体射流(103)中，/n运动单元(104)，所述运动单元(104)被配置成使所述加工单元(102)绕x轴和/或y轴旋转，/n确定单元(105)，所述确定单元(105)被配置成确定所述流体射流(103)与所述y轴之间的第一角度和/或所述流体射流(103)与所述x轴之间的第二角度，以及/n处理单元(106)，所述处理单元(106)被配置成控制所述运动单元(104)使所述加工单元(102)基于所述第一角度绕所述x轴旋转和/或基于所述第二角度绕所述y轴旋转。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180119 EP 18152547.81.一种用于利用激光束(101)加工工件的装置(100)，所述装置(100)包括：
加工单元(102)，所述加工单元(102)被配置成提供加压的流体射流(103)并将所述激光束(101)耦合至所述流体射流(103)中，
运动单元(104)，所述运动单元(104)被配置成使所述加工单元(102)绕x轴和/或y轴旋转，
确定单元(105)，所述确定单元(105)被配置成确定所述流体射流(103)与所述y轴之间的第一角度和/或所述流体射流(103)与所述x轴之间的第二角度，以及
处理单元(106)，所述处理单元(106)被配置成控制所述运动单元(104)使所述加工单元(102)基于所述第一角度绕所述x轴旋转和/或基于所述第二角度绕所述y轴旋转。


2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，
所述处理单元(106)被配置成控制所述运动单元(104)使所述加工单元(102)绕所述x轴旋转第一调整角度和/或绕所述y轴旋转第二调整角度，
所述第一调整角度由第一目标角度与所述第一角度之间的差值定义，以及
所述第二调整角度由第二目标角度与所述第二角度之间的差值定义。


3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其中，
所述运动单元(104)被配置成使所述加工单元(102)以小于或等于1°的精度绕所述x轴和/或y轴旋转。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(100)，其中，
所述确定单元(105)包括：
机械单元(203)，和
感测单元(201)，所述感测单元(201)被配置成感测所述激光束(101)的光并根据感测到的所述光产生感测信号，并且
所述确定单元(105)被配置成在所述加工单元(102)在x方向和/或y方向上相对于所述机械单元(203)移动的同时基于来自所述感测单元(201)的感测信号的变化来确定所述流体射流(103)的x位置和/或y位置。


5.根据权利要求4所述的装置(100)，其中，
所述机械单元(203)至少包括具有尖锐边缘(401)的碰撞元件(400)，所述尖锐边缘(401)被配置成在所述流体射流(103)接触所述尖锐边缘(401)时干扰所述流体射流(103)。


6.根据权利要求5所述的装置(100)，其中，
所述机械单元(203)包括具有尖锐边缘(401)的板(400)作为所述碰撞元件(400)，和/或
所述碰撞元件(400)为环形或十字形。


7.根据权利要求5或6所述的装置(100)，还包括：
加工表面(304)，所述加工表面(304)被配置成安装所述工件，其中，
所述机械单元(203)包括所述加工表面(304)或附接到所述加工表面(304)...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·安德雷格，A·格奥尔基，金姆·赫，H·迪厄，B·里彻兹哈根，
申请(专利权)人：辛诺瓦有限公司，株式会社牧野铣床制作所，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH