專利名稱：用于在激光加工頭內(nèi)把持光學(xué)系統(tǒng)的插件以及激光加工頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在激光加工頭內(nèi)把持光學(xué)系統(tǒng)(特別是聚焦光學(xué)器件)的插 件，以及一種包括所述插件的激光加工頭。
背景技術(shù)：
在通過激光加工頭加工工件中，特別是在激光切割中，通常提供一種具有腔體的 激光加工頭，在該腔體內(nèi)插入具有聚焦光學(xué)器件的插件，通過把持在所述插件內(nèi)的光學(xué)系 統(tǒng)來聚焦穿過所述激光加工頭到達(dá)切割嘴的激光束，從而能加工所述工件。具有能聚焦激 光束的光學(xué)系統(tǒng)的插件被設(shè)計使得能相對于所述插件調(diào)整所述光學(xué)系統(tǒng)，一方面，能夠在 垂直于所述激光束的平面內(nèi)調(diào)整所述光學(xué)系統(tǒng)，而另一方面，設(shè)置有調(diào)整設(shè)備，該調(diào)整設(shè)備 用于沿所述激光束的縱向設(shè)置所述光學(xué)系統(tǒng)。
因此，DE 295 07 189U1公開了一種通過激光束加工工件的終端頭，所述終端頭具 有腔體和插件，該插件被橫向地插入所述腔體并且具有聚焦光學(xué)器件。為了向上或向下移 動所述聚焦光學(xué)器件，從外部經(jīng)所述插件的前面板上的切口旋轉(zhuǎn)調(diào)整環(huán)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)所述調(diào)整 環(huán)時，同步旋轉(zhuǎn)水平法蘭。所述水平法蘭具有內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與調(diào)整圓柱體上的外螺紋接 合。所述聚焦光學(xué)器件被設(shè)置在調(diào)整圓柱體內(nèi)。以一種旋轉(zhuǎn)緊固的方式通過縱向槽沿激光 束的方向支撐所述調(diào)整圓柱體，并且沿軸向順著激光束移動所述調(diào)整圓柱體。當(dāng)旋轉(zhuǎn)所述 調(diào)整環(huán)時，通過水平法蘭，調(diào)整環(huán)相應(yīng)地與所述調(diào)整柱體一起旋轉(zhuǎn)，并且作為所述螺紋接合 的結(jié)果，會導(dǎo)致軸向地移動所述凸鏡把持件。根據(jù)所述調(diào)整環(huán)的旋轉(zhuǎn)方向，向上或向下移動 所述凸鏡把持件以及使用所述凸鏡把持件向上或向下移動聚焦光學(xué)器件。
DE 38 14 985 Al描述了另一種激光加工工具。此處，凸鏡被支撐在凸鏡把持件內(nèi) 從而能相對于管嘴沿軸向和徑向移動所述凸鏡。為此，在抵持于滑動機(jī)架的彈簧的輔助下， 從下方壓所述凸鏡把持件，在調(diào)整螺母的輔助下在外壁的內(nèi)部軸向地調(diào)整所述滑動機(jī)架。 為了徑向調(diào)整，滑動機(jī)架內(nèi)的固定螺釘被開啟。
因此，在已知的激光加工頭的情況下，根據(jù)主軸原理(spindle principle)，通過 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成軸向運(yùn)動可沿激光束的縱向調(diào)整聚焦光學(xué)器件。這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動到軸向運(yùn) 動的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致具有外螺紋的凸鏡把持件與具有內(nèi)螺紋的調(diào)整環(huán)之間摩擦接觸，也會引起能 導(dǎo)致聚焦光學(xué)器件被污染的磨損。另外，為了改進(jìn)滑動接觸，會使用同樣能夠引起聚焦光學(xué) 器件被污染的潤滑劑。
在所述激光加工頭運(yùn)行時，所述聚焦光學(xué)器件的發(fā)熱會引起焦點(diǎn)位置沿所述激光 束的縱向移動。在已知的激光加工頭中這種沿激光束方向的焦點(diǎn)位置的位移必須通過人工 方式修正，這就意味著要中斷所述激光加工頭的運(yùn)行。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于在激光加工頭內(nèi)把持光學(xué)系統(tǒng)(特別是聚焦 光學(xué)器件)的插件以及提供一種具有所述插件的激光加工頭，在這種情況下，能夠減少插件以及激光加工頭污染光學(xué)系統(tǒng)，并且能夠以一種簡單和快速的方式設(shè)置所述光學(xué)系統(tǒng)的 焦點(diǎn)位置。
通過權(quán)利要求1的插件以及權(quán)利要求19的激光加工頭實現(xiàn)所述目的。在從屬權(quán) 利要求中描述了本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)和改善。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于在激光加工頭內(nèi)把持光學(xué)系統(tǒng)的插件，所述激光加工 頭使用激光束加工工件，通過調(diào)整設(shè)備能相對于所述插件移動所述光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明， 用于沿所述激光束的縱向移動所述光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整設(shè)備包括具有同步線性電機(jī)的線性調(diào) 整設(shè)備，特別地是具有由永磁體激發(fā)的同步線性電機(jī)。除導(dǎo)向元件上的摩擦之外，所述摩 擦被最小化，能通過使用同步線性電機(jī)以一種基本上無摩擦的方式移動所述聚焦光學(xué)器 件。另外，也能通過所述電機(jī)沿激光束的縱向快速且準(zhǔn)確地自動設(shè)置所述聚焦光學(xué)器件的 位置。
因此，本發(fā)明提供一種用于激光加工頭的插件，該插件能在垂直于激光束方向 的平面內(nèi)以及沿激光束的縱向調(diào)整聚焦透鏡，通過電同步線性電機(jī)完成沿激光束的Z方 向的調(diào)整。此處，同步線性電機(jī)被理解為一種電動電機(jī)，就這種電動電機(jī)而言，恒定磁化 (constantly magnetized)的轉(zhuǎn)子通過周圍定子內(nèi)的移動磁場而被同步地帶動，所述定子 具有相同的恒定磁化，所述轉(zhuǎn)子能具有移動磁場。因此，所述線性同步電機(jī)與所施加的磁場 (即施加到線圈上的電流)同步地運(yùn)行。由永磁體激發(fā)的同步線性電機(jī)被認(rèn)為是一種定子 或轉(zhuǎn)子(致動器)被設(shè)計成至少一個永磁體的電機(jī)。
對于在切割或焊接過程中使用激光加工頭，在本案中有利地，所述光學(xué)系統(tǒng)是一 種用于將激光束聚焦至要被加工的工件上的聚焦光學(xué)器件。
在本發(fā)明線性調(diào)整設(shè)備的非常簡單的改進(jìn)中，由永磁體激發(fā)的同步線性電機(jī)被設(shè) 計成線性直接驅(qū)動的，由永磁體激發(fā)的所述同步線性電機(jī)包括具有兩個永磁體的定子和具 有線圈的致動器。
在線性調(diào)整設(shè)備的更好的改進(jìn)中，線性電機(jī)也能被設(shè)計成步進(jìn)電機(jī)，為了形成功 能單元，所述由永磁體激發(fā)的同步線性電機(jī)優(yōu)選地包括N個永磁體和M個線圈從而構(gòu)成N/ M 對，N/M 等于 2/3、4/3、10/6 或 14/6。
對于由永磁體激發(fā)的同步線性電機(jī)的改變，有利地，所述至少兩個永磁體被彼此 相鄰地設(shè)置并且被交替地極化(poled)，并且所述至少一個線圈的線圈軸被沿所述至少兩 個永磁體的極化方向設(shè)置。
為了以一種穩(wěn)定方式支撐所述聚焦光學(xué)器件，優(yōu)選地，所述線性調(diào)整設(shè)備進(jìn)一步 具有線性導(dǎo)向裝置、把持件以及所述同步線性電機(jī)，所述線性導(dǎo)向裝置被與所述同步線性 電機(jī)相對設(shè)置，所述把持件用于容納設(shè)置在線性導(dǎo)向裝置與同步線性電機(jī)之間并且沿所述 線性導(dǎo)向裝置的調(diào)整方向被導(dǎo)向的透鏡把持件。
為了提供盡可能無摩損并且盡可能低摩擦的支撐，特別優(yōu)選地，所述線性導(dǎo)向裝 置被設(shè)計成陶瓷滑動軸承。
為了能夠容易地更換所述聚焦光學(xué)器件，有利地，用于容納所述透鏡把持件的所 述把持件具有圓柱形切口，該圓柱形切口具有內(nèi)螺紋，并且所述透鏡把持件被設(shè)計成一種 具有外螺紋的圓柱體形式，利用外螺紋能將透鏡把持件旋入到所述把持件的內(nèi)螺紋內(nèi)。
在本發(fā)明特別簡單的改進(jìn)中，所述透鏡把持件具有中空圓柱形切口，該中空圓柱形切口具有軸肩部，所述光學(xué)系統(tǒng)被支撐在所述軸肩布上。
本發(fā)明插件的調(diào)整設(shè)備有利地進(jìn)一步被設(shè)計以垂直于所述激光束的縱向移動所 述光學(xué)系統(tǒng)。
為此，本發(fā)明插件優(yōu)選地進(jìn)一步具有前面板和機(jī)架，所述機(jī)架容納所述線性調(diào)整 設(shè)備，所述機(jī)架被可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述前面板上。
在本案中，所述機(jī)架優(yōu)選地以一種軸向固定的姿態(tài)被支撐在所述插件的前面板 上，從而使得其能繞軸旋轉(zhuǎn)，所述軸以一定的間距平行于所述激光束的縱向。
在本案中，所述軸固定地連接至所述機(jī)架并且以一種合適的方式被引導(dǎo)到分支之 間，所述分支從前面板的后側(cè)伸出。因此，一方面，能繞所述軸一起旋轉(zhuǎn)機(jī)架以及聚焦光學(xué) 器件，但是另一方面，也能垂直于激光束的縱向移動機(jī)架，因為所述軸也能在所述分支之間 被設(shè)置，所述分支相互之間平行并且相互之間的間距等于所述軸的直徑。
另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)，在彈簧的輔助下從所述前面板的后側(cè)拉出所述機(jī) 架。例如，也可將所述彈簧圍繞所述機(jī)架導(dǎo)向且將其端部固定在所述前面板的后側(cè)。
用于平面移動所述光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整設(shè)備穿透所述前面板，例如被設(shè)計成螺釘。優(yōu) 選地，設(shè)置兩個螺釘，螺釘相互之間以一定的角度位于平面上并且分別與激光束的中心一 致，以及將所述軸容納在其間，導(dǎo)向軸襯能繞所述軸旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步還提供一種通過激光束加工工件的激光加工頭，激光加工頭 具有腔體，本發(fā)明插件能被側(cè)向地插入所述腔體內(nèi)。


下文中參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中
圖1顯示了具有本發(fā)明插件的激光加工頭的立體圖2顯示了本發(fā)明插件的立體圖3顯示了沿圖2中的本發(fā)明插件的光束路徑的縱向的剖視圖。
具體實施方式
圖1中顯示了一種用作激光加工工具或激光加工系統(tǒng)的激光加工頭10。此處，來 自激光加工工具的工作激光束(未示)被引導(dǎo)經(jīng)過激光加工頭10的腔體14至管嘴16，為 了加工(特別地是切割)工件，所述激光束從所述管嘴16射出，其中，通過光纖將所述工作 激光束提供給激光加工頭10并且在光纖外通過光學(xué)準(zhǔn)直器12耦合所述工作激光束。此處， 為了加工所述工件，通過設(shè)置在插件18內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)聚焦所述工作激光束。
所述插件18具有機(jī)架20，機(jī)架20具有中空圓柱形切口以及前面板22，正如下文 中更加詳細(xì)的描述，也可相互之間調(diào)整機(jī)架和前面板22。為了運(yùn)行激光加工頭10，將插件 18的機(jī)架20插入到激光加工頭10的腔體14內(nèi)，并且通過前面板22內(nèi)的固定螺釘將所述 插件固定在腔體14上。在所述插件18的插入狀態(tài)，機(jī)架20的圓柱形切口與準(zhǔn)直器12的 光學(xué)系統(tǒng)同心，同時也與腔體14的腔體出口沈同心，腔體出口沈與管嘴16的管口觀連 接。
下文的目的是借助于附圖2和3解釋本發(fā)明插件18的設(shè)計。
如圖2所示，在前面板22內(nèi)旋緊調(diào)整螺釘30和32，調(diào)整螺釘30和32用于在平面上調(diào)整通過所述插件18支撐的聚焦光學(xué)器件。正如下文中還要闡述的，通過旋轉(zhuǎn)一個或兩 個調(diào)整螺釘30、32，所述聚焦光學(xué)器件能在垂直于激光束的縱向的平面上移動。另外，為了 能電性地驅(qū)動電直線電機(jī)(下文中會更詳細(xì)地闡述)，在前面板22內(nèi)設(shè)置有插座34，所述 電直線電機(jī)用于沿激光束的縱向調(diào)整聚焦光學(xué)器件。
如圖3所示，在所述前面板22的后側(cè)具有兩個突出部36和38，這兩個突出部36 和38沿垂直方向相互之間分開并且大體上呈U形設(shè)計，并且具有兩個相互平行的分支，其 開口遠(yuǎn)離前面板22。這些突出部36和38整體地連接到前面板22。其中一個設(shè)置在所述 前面板22的上端，另一個設(shè)置在所述前面板22的下端。銷40和42被分別引導(dǎo)到單獨(dú)的 突出部36和38的兩個分支之間。在這種情況下，單獨(dú)的突出部36和38的相互平行的兩 個分支的間隙等于分別引導(dǎo)到分支之間的銷40和42的直徑。因此，銷40和42能在分支 之間移動，但也能旋轉(zhuǎn)，具體地關(guān)于其縱軸旋轉(zhuǎn)。
突出部36、38或分支分別伸入水平槽44和46內(nèi)，水平槽44和46位于機(jī)架20的 部分圓周壁內(nèi)。銷40和42垂直穿過這些水平槽44和46，銷40和42自身被固定性地插入 機(jī)架20的上部邊緣區(qū)域和下部邊緣區(qū)域，在圖3中機(jī)架20的中心線由標(biāo)記數(shù)字48標(biāo)記。 中心線48沿激光束的縱向延伸，因此表示激光束應(yīng)當(dāng)與中心線48同軸。銷40和42與中 心線48平行，但是突出部36和38各自的分支以及槽44和46位于分別垂直于中心線48 的平面上。此處，沿垂直方向(即沿平行于中心線48的方向)突出部36和38被無間隙地 (without play)引導(dǎo)到水平槽44和46內(nèi)。因此，不能沿中心線48的縱向移動機(jī)架20。另 外，將機(jī)架20僅在垂直于中心線48的平面內(nèi)移動，和/或繞銷40和42旋轉(zhuǎn)。
在彈簧50的輔助下，相對于前面板22的后側(cè)拉出機(jī)架20。在本案中彈簧50被放 置成環(huán)繞機(jī)架20，并且一端固定在前面板22的后側(cè)上(未示)。
在所述的調(diào)整螺釘30和32的輔助下，現(xiàn)在可以在垂直于中心線48的平面內(nèi)克服 彈簧50的彈力移動機(jī)架20。在此過程中，銷40和42也能在突出部36和38各自的分支 之間的區(qū)域內(nèi)移動，或者繞其縱軸旋轉(zhuǎn)。例如，調(diào)整螺釘30和32可以是平頭螺釘，這些平 頭螺釘被排列從而使得相互之間以45度的角度延伸，而不是實質(zhì)上與機(jī)架20的中心對齊。 這些平頭螺釘?shù)那肮潭ū砻娴峙鰴C(jī)架20的圓周壁(在圖3的剖視圖中看不到)。
機(jī)架20具有環(huán)形基座52，環(huán)形基座52的圓周側(cè)面上具有導(dǎo)向槽54，為了防止彈 簧沿中心線48的方向滑落，彈簧50中的一個被裝入導(dǎo)向槽M內(nèi)。在環(huán)形基座52的對立 面設(shè)置有環(huán)形蓋56，環(huán)形蓋56的圓周側(cè)面上具有兩個相鄰的凹槽58和60，彈簧50的中兩 個被導(dǎo)入凹槽58和60內(nèi)。如圖2所示，通過側(cè)向設(shè)置的支撐元件62將環(huán)形蓋56和環(huán)形 基座52相互連接從而使得基座52和蓋56的相應(yīng)的環(huán)軸一致，并且因此形成穿過機(jī)架20 的圓柱形通道。
在機(jī)架20的反向于前面板22的一側(cè)，沿中心線48的方向設(shè)置導(dǎo)向桿64，并且導(dǎo) 向桿64的一端固定性地與環(huán)形基座52相連，而另一端與環(huán)形蓋56的另一端固定性相連。 導(dǎo)向軸套66以滑動的方式支撐在導(dǎo)向桿64上，從而能夠沿中心線48的方向以及激光束的 縱向移動導(dǎo)向軸套66。
通過永磁體激發(fā)的同步線性電機(jī)68被設(shè)置在機(jī)架20的面向前面板22的一側(cè)，同 步線性電機(jī)68具有連接到環(huán)形基座52的定子70以及緊鄰定子70設(shè)置的轉(zhuǎn)子72。下文中 將更加準(zhǔn)確地描述由永磁激發(fā)的同步線性電機(jī)68運(yùn)行的確切設(shè)計以及方式。轉(zhuǎn)子72和導(dǎo)向軸套66都以這樣一種方式連接到環(huán)形把持件74上，即，通過運(yùn)行同步線性電機(jī)68，環(huán)形 把持件74可順著機(jī)架20的中心線48沿激光束的縱向在導(dǎo)向軸套66的引導(dǎo)下移動。
在光束輸入側(cè)，環(huán)形把持件74包括具有終端軸肩部78的內(nèi)螺紋76、具有外螺紋 82的柱面透鏡把持件80以及柱面透鏡把持件80的軸肩部84，所述外螺紋82被旋至環(huán)形 把持件74內(nèi)，軸肩部84與環(huán)形把持件74的相應(yīng)軸肩78對接。另外，為了避免切割氣體泄 漏，在環(huán)形把持物74與柱面透鏡把持件80之間將密封環(huán)86設(shè)置在凹槽88內(nèi)，并且密封環(huán) 86位于柱面透鏡把持件80的圓周側(cè)面上，從而使得它能夠密封柱面透鏡把持件80與環(huán)形 把持物76之間的接觸，所述切割氣體與激光束一起被導(dǎo)出管嘴16(圖1)從而吹出(blow out)熔融材料，并且在腔體14的下部將所述切割氣體輸送至開口沈與開口觀之間的通道 內(nèi)。
柱面透鏡把持件80是中空圓柱形設(shè)計并且將聚焦光學(xué)器件90、92容納在其下部。 這種聚焦光學(xué)器件90和92具有一個或多個透鏡并且從下方伸入柱面透鏡把持件80的相 應(yīng)地擴(kuò)大的開口內(nèi)。在圓周側(cè)面，聚焦光學(xué)器件90和92放置在柱面透鏡把持件80的相應(yīng) 軸肩94上。為了固定聚焦光學(xué)器件90和92，將透鏡軸襯96伸入透鏡把持件80內(nèi)并且通 過彈簧環(huán)98將透鏡軸96壓向聚焦光學(xué)器件90和92，為了將聚焦光學(xué)器件90和92固定 在透鏡把持物80內(nèi)，彈簧環(huán)98抵碰機(jī)架20的光束進(jìn)入端的螺紋環(huán)100。為了安置透鏡，聚 焦光學(xué)器件90和92還具有隔離環(huán)。
由于聚焦光學(xué)器件90和92、透鏡把持件80以及環(huán)形把持件74之間的固定連接， 聚焦光學(xué)器件90和92可沿中心線48被移動，并且在插件18插入在激光加工頭10內(nèi)時， 由于導(dǎo)向軸套66的導(dǎo)向，因而可沿激光束的縱向被移動，該導(dǎo)向軸套66以滑動的方式被支 撐在導(dǎo)向桿64上。但是，由導(dǎo)向桿64和導(dǎo)向軸套66構(gòu)成的線性導(dǎo)向裝置64和66不限于 所示的導(dǎo)向桿64和導(dǎo)向軸套66的設(shè)置，并且為了能夠沿激光束的縱向穩(wěn)定地導(dǎo)向聚焦光 學(xué)器件90和92，也可在機(jī)架20的圓周側(cè)面上在環(huán)形基座52和環(huán)形蓋56之間設(shè)置多個導(dǎo) 向桿和導(dǎo)向軸套。另外，線性導(dǎo)向裝置64和66并不限于具有圓形橫截面的導(dǎo)向桿64，它也 可以是其他任何期望的橫截面，導(dǎo)向軸套66的橫截面對應(yīng)于導(dǎo)向桿64的橫截面，從而使得 所述導(dǎo)向軸套能容納導(dǎo)向桿64并且能相應(yīng)地在導(dǎo)向桿64上滑動。線性導(dǎo)向裝置64和66 優(yōu)選地由能夠?qū)崿F(xiàn)盡可能無磨損地滑動的材料制成，例如陶瓷。此處，特別優(yōu)選地是由碳化 硅或氮化硅制成的滑動軸承。
現(xiàn)在更加詳細(xì)地描述由永磁體激發(fā)的同步線性電機(jī)68的設(shè)計。
通過線性導(dǎo)向裝置64和66沿定子70引導(dǎo)轉(zhuǎn)子72，從而使得轉(zhuǎn)子72沿定子70在 微小的間隙上與定子70不接觸地運(yùn)行。定子70具有與環(huán)形基座52連接的鐵芯102。第 一磁體104和第二磁體106相互之間靠近地沿中心線48的方向設(shè)置在鐵芯102上。第一 磁體104與第二磁體106的極化方向(poling direction)與前面板22方向上垂直于中心 線48，第一磁體104和第二磁體106被不同地極化。轉(zhuǎn)子72具有線圈108，線圈108設(shè)置 在第一磁體104和第二磁體106的對立面并且與磁體104和106交迭。線圈108的線圈軸 沿永磁體104和106的極化方向延伸。根據(jù)所施加的流經(jīng)線圈108的電流，沿中心線48的 一個方向或另一個方向產(chǎn)生磁力，從而沿激光束的縱向相應(yīng)地移動聚焦光學(xué)器件90和92。 針對這種非常簡單的線性直接驅(qū)動，其僅由兩個永磁體104、106以及線圈108組成，也可另 外設(shè)置位置測量設(shè)備(未示)，為了能夠準(zhǔn)確的設(shè)定聚焦光學(xué)器件90和92的位置，位置測量設(shè)備沿環(huán)形把持件74的中心線48的縱向測定位置。
在圖3所示的具有由永磁體激發(fā)并且由兩個永磁體104、106和線圈108組成的同 步線性電機(jī)68的插件18的實施例之外，還可設(shè)置一種由永磁體激發(fā)并且包括N個永磁體 以及M個線圈的同步線性電機(jī)，N個永磁體以及M個線圈構(gòu)成N/M對，N/M等于2/3、4/3、10/6 或14/6。整個的電機(jī)可被看作一系列的基本機(jī)構(gòu)，這些基本機(jī)構(gòu)中的每一個本身形成了一 個具有N個永磁體和M個線圈的功能單元。通過給相應(yīng)的線圈施加不同的電流，能以一種 類似于步進(jìn)力矩電機(jī)的方式實現(xiàn)線性步進(jìn)電機(jī)，因此能沿中心線48將聚焦光學(xué)器件90和 92準(zhǔn)確而快速地移到預(yù)定的位置，并且插入激光加工頭10內(nèi)的插件18能夠沿激光束的縱 向移動所述聚焦光學(xué)器件。當(dāng)使用多個永磁體和多個線圈時，以一種轉(zhuǎn)變的方式磁化并列 的永磁體，并且沿永磁體的極化方向設(shè)置至少一個線圈的線圈軸。
由于線性電機(jī)68的不接觸驅(qū)動，通過為線性導(dǎo)向裝置選擇合適的滑動軸承，能實 現(xiàn)聚焦光學(xué)器件90和92的幾乎無磨損調(diào)整，結(jié)果是可減少對聚焦光學(xué)器件90和92的污 染。另外，使用由永磁激發(fā)的同步線性電機(jī)68具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即無需主軸驅(qū)動，其結(jié)果是 沒有潤滑劑引起的污染。
另外，本發(fā)明插件的尺寸被設(shè)計從而使得所述插件能替換現(xiàn)有技術(shù)中的插件，在 這種情況下通過調(diào)整環(huán)人工地進(jìn)行沿激光束的縱向的調(diào)整，并且能簡單地從已知的插件升 級到適合激光加工頭10的本發(fā)明插件。
因此，根據(jù)本發(fā)明，建議使用插件18在激光加工頭10內(nèi)把持光學(xué)系統(tǒng)90和92， 通過該插件，能容易地沿激光束的縱向以幾乎無摩擦、快速并且準(zhǔn)確的方式調(diào)整聚焦光學(xué) 器件90和92，作為其結(jié)果，一方面能夠避免污染光學(xué)系統(tǒng)，另一方面，能在聚焦光學(xué)器件90 和92發(fā)熱時簡單和自動修正聚焦光學(xué)器件90和92的焦點(diǎn)位置。
權(quán)利要求
1.一種用于在激光加工頭(10)內(nèi)把持光學(xué)系統(tǒng)(90、92)的插件(18)，所述激光加 工頭(10)使用激光束加工工件，通過調(diào)整設(shè)備能相對于所述插件(18)移動所述光學(xué)系統(tǒng) (90、92)，其特征在于，用于沿所述激光束的縱向移動所述光學(xué)系統(tǒng)(90、92)的調(diào)整設(shè)備包 括具有同步線性電機(jī)(68)的線性調(diào)整設(shè)備(64、66、68)。
2.如權(quán)利要求1所述的插件(18)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)(90、92)是一種用于將 激光束聚焦到要被加工的工件上的聚焦光學(xué)器件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的插件(18)，其特征在于，所述同步線性電機(jī)(68)是一種 由永磁體激發(fā)的同步線性電機(jī)，所述同步線性電機(jī)包括具有兩個永磁體(104、106)的定子 (70)和具有線圈(108)的致動器(72)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的插件(18)，其特征在于，所述同步線性電機(jī)(68)是一種由 永磁體激發(fā)的同步線性電機(jī)，并且包括N個永磁體和M個線圈而構(gòu)成N/M對，N/M等于2/3、 4/3、10/6 或 14/6。
5.如權(quán)利要求4所述的插件(18)，其特征在于，所述由永磁體激發(fā)的同步線性電機(jī) (68)被設(shè)計成線性步進(jìn)電機(jī)。
6.如權(quán)利要求3所述的插件(18)，其特征在于，至少兩個所述永磁體(104、106)被彼 此相鄰地設(shè)置并且被交替地極化，并且至少一個所述線圈(108)的線圈軸被沿所述至少兩 個永磁體的極化方向設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1所述的插件(18)，其特征在于，所述線性調(diào)整設(shè)備陽4、66、68)具有線 性導(dǎo)向裝置(64、66)、把持件(74)以及所述同步線性電機(jī)(68)，所述線性導(dǎo)向裝置(64、66) 與所述同步線性電機(jī)(68)相對設(shè)置，所述把持件(74)用于容納設(shè)置在線性導(dǎo)向裝置(64、 66)與同步線性電機(jī)(68)之間并且沿所述線性導(dǎo)向裝置(64、66)的調(diào)整方向被導(dǎo)向的透鏡 把持件(80)。
8.如權(quán)利要求7所述的插件(18)，其特征在于，所述線性導(dǎo)向裝置(64、66)具有導(dǎo)向 桿(64)和導(dǎo)向軸套(66)，所述導(dǎo)向桿(64)以滑動的方式容納在所述導(dǎo)向軸套(66)內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的插件(18)，其特征在于，所述線性導(dǎo)向裝置(64、66)被設(shè)計成陶瓷滑動軸承。
10.如權(quán)利要求7至9中的一項所述的插件(18)，其特征在于，用于容納所述透鏡把持 件(80)的所述把持件(74)具有圓柱形切口，該圓柱形切口具有內(nèi)螺紋(76)，并且所述透鏡 把持件(80)被設(shè)計成具有外螺紋(8 的圓柱體形式，利用外螺紋(8 能將所述透鏡把持 件(80)旋入所述把持件(74)的內(nèi)螺紋(76)。
11.如權(quán)利要求10所述的插件(18)，其特征在于，所述透鏡把持件(80)具有中空圓柱 形切口，該中空圓柱形切口具有軸肩部(94)，所述光學(xué)系統(tǒng)(90、92)被支撐在所述軸肩布 (94)上。
12.如權(quán)利要求1所述的插件(18)，其特征在于，所述調(diào)整設(shè)備被設(shè)計用來以垂直于所 述激光束的縱向移動所述光學(xué)系統(tǒng)(90、92)。
13.如權(quán)利要求12所述的插件(18)，其特征在于，其進(jìn)一步具有前面板02)和機(jī)架 (20)，所述機(jī)架00)容納所述線性調(diào)整設(shè)備(64、66、68)，所述機(jī)架Q0)被可旋轉(zhuǎn)地支撐在 所述前面板0 上。
14.如權(quán)利要求13所述的插件(18)，其特征在于，所述機(jī)架00)以一種軸向固定的姿態(tài)被支撐在所述插件(18)的前面板0 上，從而使得其能繞軸(40、4幻旋轉(zhuǎn)，所述軸00、 42)以一定的間距平行于所述激光束的縱向。
15.如權(quán)利要求14所述的插件(18)，其特征在于，所述軸00、42)固定地連接至所述 機(jī)架00)上并且以一種合適的方式被側(cè)向引導(dǎo)在從前面板0 的后側(cè)伸出的分支(36、 38)之間。
16.如權(quán)利要求15所述的插件(18)，其特征在于，借助于彈簧(50)從所述前面板02) 的后側(cè)拉出所述機(jī)架00)。
17.如權(quán)利要求16所述的插件(18)，其特征在于，所述彈簧(50)圍繞所述機(jī)架OO) 被導(dǎo)向并且彈簧的端部被固定在所述前面板0 的后側(cè)。
18.如權(quán)利要求13至17中的一項所述的插件(18)，其特征在于，用于平面移動所述光 學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整設(shè)備被加工成穿透所述前面板0 的螺釘(30、32)，所述螺釘(30、3幻相互 之間以一定的角度位于平面上并且將所述軸(40、42)容納在其間。
19.一種通過激光束加工工件的激光加工頭(10)，所述激光加工頭(10)具有腔體 (14)，在該腔體(14)內(nèi)能側(cè)向地插入前述權(quán)利要求中的一項所述的插件(18)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在激光加工頭(10)內(nèi)把持光學(xué)系統(tǒng)(90、92)(特別是聚焦光學(xué)器件)的插件(18)，所述激光加工頭(10)使用激光束加工工件，通過調(diào)整設(shè)備相對于所述插件(18)移動所述光學(xué)系統(tǒng)(90、92)，其特征在于，用于沿所述激光束的縱向移動光學(xué)系統(tǒng)(90、92)的調(diào)整設(shè)備包括具有同步線性電機(jī)(68)的線性調(diào)整設(shè)備(64、66、68)。同時本發(fā)明還涉及一種通過激光束加工工件的激光加工頭(10)，激光加工頭(10)具有腔體(14)，在該腔體(14)內(nèi)能側(cè)向地插入本發(fā)明的插件(18)。
文檔編號G02B7/02GK102029470SQ20101050099
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者喬格·斯波爾, 克里斯蒂安·魯斯 申請人:普雷茨特兩合公司