DE9218604U1 - Electromagnetic coordinate actuator of a work slide - Google Patents
Electromagnetic coordinate actuator of a work slideInfo
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Description
Elektromagnetischer Koordinaten-Stellenantrieb einesElectromagnetic coordinate actuator of a
ArbeitsschlittensWork carriage
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Koordinaten-Stellantrieb eines Arbeitsschlittens, mit zwei steuerbaren Linearstellmotoren mit zueinander senkrechten Laufrichtungen, nämlich einem ersten und einem zweiten Linearstellmotor jeweils mit einem Gestellteil und einem entlang diesem bewegbaren Schlittenteil, von denen das eine mit einem erregbaren Antriebsteil des jeweiligen Linearstellmotors und das andere ··· mit dessen Passivteil ausgestattet ist, der mit dem ; ;The invention relates to an electromagnetic coordinate actuator of a work carriage, with two controllable linear actuators with mutually perpendicular running directions, namely a first and a second linear actuator, each with a frame part and a carriage part movable along this, of which one is equipped with an excitable drive part of the respective linear actuator and the other ··· with its passive part, which is connected to the ; ;
Antriebsteil magnetisch zusammenwirkt. ·Drive part interacts magnetically.
• · Aus der US-PS 3 857 075 ist ein elektromagnetischer ··. • · US-PS 3 857 075 describes an electromagnetic ··.
Koordinaten-Stellantrieb eines Arbeitsschlittens bekannt, der . als Werkzeughalter für einen Zeichenstift oder ein ;Coordinate actuator of a work carriage, which . as a tool holder for a drawing pen or a ;
Schneidwerkzeug ausgebildet ist. Bei diesem bekannten Koordinaten-Stellantrieb ist eine Brücke über einem Arbeitstisch an gegenüberliegenden Rändern desselben mittels ersten Linearstellmotoren verfahrbar und längs der Brücke ist der Arbeitsschlitten mittels eines zweiten Linearstellmotors verfahrbar. Die Linearstellmotoren sind nach dem Sawyerprinzip aufgebaut, nach welchem der Antriebsteil des Linearstellmotors ein Permanent- und Elektromagnetensystem aufweist und mit einer auf einem Träger ausgebildeten Reihe von im Abstand voneinander verteilten ferromagnetischen Polen als Passivteil bewegungsantreibend zusammenwirkt. Die Abstände zwischen den Polen entsprechen deren Länge. Beispielsweise werden zwei Permanentmagneten in Form von Hufeisenmagneten verwendet, deren Magnetpole in der Länge der Pole des Passivteils den Polen in einem Abstand voneinander gegenüberstehen, der das Anderthalbfache der Teilung der Polreihe des Passivteils ist, so daß bei Ausrichtung des einen Magnetpols auf einen der Pole der Polreihe der andere Magnetpol auf eine Lücke zwischen zwei benachbarten Polen der Polreihe ausgerichtet ist. Ferner sind die beiden Hufeisenmagneten in einem Abstand gegeneinander versetzt, der einem ganzen Vielfachen der Teilung der Polreihe des Passivteils vermehrt um ein Viertel dieser TeilungCutting tool is designed. In this known coordinate actuator, a bridge over a work table can be moved on opposite edges of the same by means of first linear actuator motors and the work carriage can be moved along the bridge by means of a second linear actuator motor. The linear actuator motors are constructed according to the Sawyer principle, according to which the drive part of the linear actuator motor has a permanent and electromagnet system and interacts with a row of ferromagnetic poles distributed at a distance from one another as a passive part, driving the movement. The distances between the poles correspond to their length. For example, two permanent magnets in the form of horseshoe magnets are used, the magnetic poles of which are opposite the poles of the passive part at a distance from one another that is one and a half times the pitch of the pole row of the passive part, so that when one magnetic pole is aligned with one of the poles of the pole row, the other magnetic pole is aligned with a gap between two adjacent poles of the pole row. Furthermore, the two horseshoe magnets are offset from each other at a distance that corresponds to a whole multiple of the pitch of the pole row of the passive part increased by a quarter of this pitch
entspricht, so daß bei Ausrichtung des einen Magnetpols des einen Hufeisenmagneten auf einen Pol der Polreihe die Magnetpole des anderen Hufeisenmagneten zur Hälfte auf einen Pol der Polreihe und zur anderen Hälfte auf die demselben benachbarte Lücke ausgerichtet sind. Weiter ist mindestens eine elektrische Spule vorgesehen, die periodisch derart erregt wird, daß der magnetische Fluß an den Magnetpolen der Permanentmagneten abwechselnd verstärkt, kompensiert und unverändert gelassen wird. Dadurch wird das Antriebsteil in vier Schritten, deren Schrittlänge jeweils ein Viertel der *****corresponds, so that when one magnetic pole of one horseshoe magnet is aligned with a pole of the pole row, the magnetic poles of the other horseshoe magnet are aligned half with a pole of the pole row and half with the gap adjacent to it. Furthermore, at least one electrical coil is provided, which is periodically excited in such a way that the magnetic flux at the magnetic poles of the permanent magnets is alternately amplified, compensated and left unchanged. This causes the drive part to be moved in four steps, each step length of which is a quarter of the *****
Teilung der Polreihe des Passivteils beträgt, entlang des *.*..' Passivteils bewegt. Die Lücken zwischen den Polen der Polreihe^' können mit unmagnetischem Material wie Kunststoff ausgefüllt *....' sein, um die Laufflächen, entlang welchen sich das Antriebstei'i, ;pitch of the pole row of the passive part, moves along the *.*..' passive part. The gaps between the poles of the pole row^' can be filled with non-magnetic material such as plastic *....' in order to form the running surfaces along which the drive part'i, ;
und das Passivteil relativ zueinander bewegen, als möglichst ·and the passive part move relative to each other as possible ·
glatte Flächen auszubilden. Ferner kann zwischen dem &Idigr; * I Antriebsteil und dem Passivteil der Linearstellmotoren ein &Idigr;*'*smooth surfaces. Furthermore, a &Idigr;*' *
Druckluftpolster ausgebildet sein.Compressed air cushions must be formed.
Durch die Erfindung wird das Problem gelöst, wie ein elektromagnetischer Koordinaten-Stellantrieb der eingangs erwähnten Art in kompakter Ausführung und mit geringer Masse verwirklicht werden kann.The invention solves the problem of how an electromagnetic coordinate actuator of the type mentioned above can be realized in a compact design and with low mass.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Gestellteil des ersten Linearstellmotors zwei im Abstand voneinander angeordnete Gestellhalbteile mit einander zugewandten parallelen Innenseiten aufweist und das Schlittenteil des ersten Linearstellmotors mit dem Gestellteil des zweiten Linearstellmotors zu einem Rechteckrahmen zusammengebaut ist, der zwischen die Gestellhalbteile des ersten Linearstellmotors eingreift und in den der Arbeitsschlitten als Schlittenteil des zweiten Linearstellmotors eingreift.This is achieved according to the invention in that the frame part of the first linear actuator has two frame halves arranged at a distance from one another with parallel inner sides facing one another and the carriage part of the first linear actuator is assembled with the frame part of the second linear actuator to form a rectangular frame which engages between the frame halves of the first linear actuator and into which the working carriage engages as the carriage part of the second linear actuator.
Hierbei können die Antriebsteile und die Passivteile der Linearstellmotoren einander in Richtung senkrecht zur Ebene des Rechteckrahmens übergreifen und mit ihren Laufflächen parallel zu der Ebene des Rechteckrahmens verlaufen, wobei derThe drive parts and the passive parts of the linear actuators can overlap each other in a direction perpendicular to the plane of the rectangular frame and run with their running surfaces parallel to the plane of the rectangular frame, whereby the
Rechteckrahmen und der Arbeitsschlitten durch den Eingriff zwischen die Gestellhalbteile bzw. in den Rechteckrahmen geführt werden. Vorzugsweise jedoch ist der Rechteckrahmen vollständig zwischen den Gestellhalbteilen des ersten Linearstellmotors angeordnet und ist der Arbeitsschlitten vollständig innerhalb des Rechteckrahmens angeordnet, wobei die Antriebsteile und die Passivteile der Linearstellmotoren mit ihren Laufflächen senkrecht zu der Ebene des Rechteckrahmens verlaufen. Wenngleich hierbei die Schlittenteile der beiden Linearstellmotoren in zueinander parallelen Ebenen verfahrbari'**" sein können, wird es bevorzugt, daß die Schlittenteile in einei* ! ihnen gemeinsamen Ebene verfahrbar sind. ·Rectangular frame and the working carriage are guided by the engagement between the frame halves or in the rectangular frame. Preferably, however, the rectangular frame is arranged completely between the frame halves of the first linear actuator and the working carriage is arranged completely within the rectangular frame, with the drive parts and the passive parts of the linear actuators running with their running surfaces perpendicular to the plane of the rectangular frame. Although the carriage parts of the two linear actuators can be moved in planes parallel to one another, it is preferred that the carriage parts be moved in a plane common to them.
Wenngleich es weiter möglich ist, die Gestellhalbteile des ···. · ersten Linearstellmotors beispielsweise an einem Tisch oder · einem Gestell auszubilden, wird es vorgezogen, daß auch der I I I Gestellteil des ersten Linearstellmotors als Rechteckrahmen &idigr;"*# Although it is also possible to form the frame halves of the ···. · first linear actuator, for example, on a table or · a frame, it is preferred that the III frame part of the first linear actuator is also designed as a rectangular frame &idigr;"* #
ausgebildet ist, bei dem die beiden Gestellhalbteile an ihren Längsenden über Verbindungsstege miteinander verbunden sind. In dieser Weise ist es möglich, den erfindungsgemäßen Koordinaten-Stellantrieb als kompakte einbaufertige Antriebsbaugruppe auszuführen.is designed in which the two frame halves are connected to one another at their longitudinal ends via connecting webs. In this way, it is possible to design the coordinate actuator according to the invention as a compact, ready-to-install drive assembly.
Hierbei können die beiden Gestellhalbteile des ersten Linearstellmotors an den Schlittenteil eines zusätzlichen steuerbaren Linearstellmotors angekuppelt sein, dessen Laufrichtung senkrecht zu denen des ersten und des zweiten Linearstellmotors verläuft, so daß der erste und der zweite Linearstellmotor als X- und Y-Koo'rdinatenantrieb, und der zusätzliche Linearstellmotor als Z-Koordinatenantrieb verwendet werden können. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, daß der als prismatischer Block ausgebildete Arbeitsschlitten als Schlittenteil des zweiten Linearstellmotors eine sich senkrecht zu dessen Laufrichtung erstreckende zentrale Durchgangsbohrung aufweist, an deren einem Ende ein Tubus angesetzt ist, der in Längsrichtung der Durchgangsbohrung verstellbar ist und mit dem Schlittenteil des zweiten Linearstellmotors über einen steuerbaren weiteren Linearstellmotor gekuppelt ist.In this case, the two frame halves of the first linear actuator can be coupled to the carriage part of an additional controllable linear actuator, the direction of travel of which is perpendicular to that of the first and second linear actuators, so that the first and second linear actuators can be used as X and Y coordinate drives and the additional linear actuator can be used as a Z coordinate drive. Additionally or alternatively, it is possible for the working carriage, which is designed as a prismatic block, to have a central through-hole extending perpendicular to its direction of travel as the carriage part of the second linear actuator, at one end of which a tube is attached which is adjustable in the longitudinal direction of the through-hole and is coupled to the carriage part of the second linear actuator via a further controllable linear actuator.
Als Linearstellmotoren können an sich bekannte Linearstellmotoren jedes geeigneten Typs verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Linearstellmotoren als vorzugsweise luftgelagerte Linearstellmotoren nach dem Sawyerprinzip ausgebildet, nach welchem in der eingangs geschilderten Weise der Antriebsteil ein Permanent- und Elektromagnetsystem aufweist und mit einer auf einem Träger ausgebildeten Reihe von im Abstand voneinander verteilten ferromagnetischen Polen als Passivteil bewegungsantreibend zusammenwirkt und zwischen dem AntriebsteSl""Linear actuators of any suitable type known per se can be used as linear actuators. In the preferred embodiment of the invention, the linear actuators are designed as linear actuators, preferably with air bearings, according to the Sawyer principle, according to which the drive part has a permanent and electromagnet system in the manner described at the beginning and interacts with a row of ferromagnetic poles distributed at a distance from one another as a passive part, driving the movement and between the drive part""
und dem Passivteil ein Druckluftpolster ausgebildet ist. &Idigr; I I and the passive part a compressed air cushion is formed. &Idigr; II
Erfindungsgemäße Koordinaten-Stellantriebe können *..,,*Coordinate actuators according to the invention can *..,,*
beispielsweise für Zeichen- und Schneidpiotter, in der ···, · Fertigungs-, Montage- und Meßtechnik und in der Automatisation .for example for drawing and cutting plotters, in ···, · manufacturing, assembly and measuring technology and in automation.
stets dann eingesetzt werden, wenn eine Koordinatensteuerung : I ; mit hoher Geschwindigkeit und großer Beschleunigung und hoher l"% Genauigkeit erreicht werden sollen. An dem Arbeitsschlitten kann daher ein beliebiges Werkzeug oder Gerat montiert sein.should always be used when coordinate control : I ; with high speed and high acceleration and high l" % accuracy is to be achieved. Any tool or device can therefore be mounted on the work carriage.
Die bevorzugte Anwendung liegt jedoch bei Materialbearbeitungslasern als Koordinaten-Stellantrieb für die Laseroptik zum Beschriften, Gravieren, Schweißen, Bohren und/oder Wärmebehandeln von Werkstücken aller Art. Bei dieser Anwendungsform kann daher an dem Arbeitsschlitten eine Laseroptik wie eine optische Linse, ein Off-Axis-Paraboloidspiegel, ein Umlenkspiegel und/oder die Auskoppeloptik eines Lichtleiterkabels oder ein diodengepumpter Festkörperlaser befestigt sein.The preferred application, however, is for material processing lasers as a coordinate actuator for the laser optics for marking, engraving, welding, drilling and/or heat treating workpieces of all kinds. In this application, a laser optics such as an optical lens, an off-axis paraboloid mirror, a deflection mirror and/or the coupling optics of a fiber optic cable or a diode-pumped solid-state laser can be attached to the work carriage.
In einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Erfindung ist an dem Gestellteil oder dem Schlittenteil des ersten Linearstellmotors die Auskoppeloptik eines Lichtleiterkabels oder eines diodengepumpten Festkörperlasers befestigt, die in einer zu den Verfahrrichtungen des ersten und des zweiten Linearstellmotors parallelen Ebene verläuft und auf einen Off-Axis-Paraboloidspiegel ausgerichtet ist, der an dem Arbeitsschlitten befestigt ist. In einer ersten Abwandlung dieser Ausführungsform ist an dem Arbeitsschlitten eineIn an advantageous further embodiment of the invention, the output optics of a fiber optic cable or a diode-pumped solid-state laser are attached to the frame part or the carriage part of the first linear actuator, which extends in a plane parallel to the travel directions of the first and second linear actuators and is aligned with an off-axis paraboloid mirror that is attached to the working carriage. In a first modification of this embodiment, a
• ··
Laseroptik in Form einer optischen Linse angeordnet und ist an dem Gestellteil des ersten Linearstellmotors die Auskoppeloptik eines Lichtleiterkabels befestigt ist, die in einer zu den Verfahrrichtungen des ersten und des zweiten Linearstellmotors parallelen Ebene verläuft und mit der optischen Linse über einen Umlenkspiegel gekoppelt ist, der an dem Gestellteil des ersten Linearstellmotors befestigt ist. In einer anderen Abwandlung dieser Ausführungsform ist an dem Arbeitsschlitten eine Laseroptik in Form einer optischen Linse angeordnet und ist an dem Gestellteil des ersten Linearstellmotors die *···&idigr;« Auskoppeloptik eines Lichtleiterkabels befestigt, die in einet ; ;Laser optics in the form of an optical lens are arranged and the decoupling optics of an optical fiber cable are attached to the frame part of the first linear actuator, which runs in a plane parallel to the travel directions of the first and second linear actuators and is coupled to the optical lens via a deflection mirror which is attached to the frame part of the first linear actuator. In another modification of this embodiment, laser optics in the form of an optical lens are arranged on the work carriage and the *···&idigr;« decoupling optics of an optical fiber cable are attached to the frame part of the first linear actuator, which runs in a plane parallel to the travel directions of the first and second linear actuators and is coupled to the optical lens via a deflection mirror which is attached to the frame part of the first linear actuator.
zu den Verfahrrichtungen des ersten und des zweiten ·to the travel directions of the first and second ·
Linearstellmotors parallelen Ebene verläuft und mit der *....' optischen Linse über einen Umlenkspiegel gekoppelt ist, der an»»# » dem Arbeitsschlitten befestigt ist.Linear actuator motor and is coupled to the *....' optical lens via a deflection mirror which is attached to»» # » the work carriage.
Die vorstehenden Ausführungsformen haben den Vorteil einer ;·«·The above embodiments have the advantage of a ;·«·
geringen Bauhöhe des Koordinaten-Stellantriebs, so daß dieser auch in eine bestehende Anlage als zusätzlicher Laser-Bearbeitungskopf eingebaut werden kann.low installation height of the coordinate actuator, so that it can also be installed in an existing system as an additional laser processing head.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsformen erläutert, die
aus der Zeichnung wenigstens schematisch ersichtlich sind. In der Zeichnung zeigen:
25The invention is explained using embodiments which are at least schematically apparent from the drawing. In the drawing:
25
Fig. 1 einen Zweikoordinaten-Stellantrieb gemäß der Erfindung im Querschnitt,Fig. 1 shows a two-coordinate actuator according to the invention in cross section,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Stellantriebs aus Fig. 1, teilweise im Längsschnitt gemäß der Schnittlinie A-A,Fig. 2 is a side view of the actuator from Fig. 1, partly in longitudinal section along the line A-A,
Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung des Stellantriebs aus den Fig. 1 und 2.Fig. 3 is a schematic perspective view of the actuator from Figs. 1 and 2.
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung in Form eines Dreikoordinaten-Stellantriebs,Fig. 4 is a schematic longitudinal section of a further embodiment according to the invention in the form of a three-coordinate actuator,
Fig. 5 den Querschnitt des Stellantriebs aus Fig. 4 entlang der Schnittlinie A-A, undFig. 5 shows the cross section of the actuator from Fig. 4 along the section line A-A, and
Fig. 6 bis 23 einige Ausführungsbeispiele für die Anwendung der Erfindung zum Bewegen der Laseroptik eines Materialbearbeitunglasers.Fig. 6 to 23 show some embodiments for the application of the invention for moving the laser optics of a material processing laser.
Bei dem Koordinaten-Stellantrieb nach den Fig. 1 bis 3 sind ein erster elektromagnetischer Linearstellmotor aus einem Gestellteil 2 und einem Schlittenteil 3 sowie ein zweiter ;··«?«In the coordinate actuator according to Fig. 1 to 3, a first electromagnetic linear actuator consisting of a frame part 2 and a slide part 3 as well as a second ;··«?«
• * elektromagnetischer Linearstellmotor aus einem Gestellteil 4 5 ! i und einem Schlittenteil 5 ineinander angeordnet und senkrecht · zueinander in gemeinsamer Ebene verfahrbar. Hierzu ist das &idigr; &iacgr; Gestellteil 2 des ersten Linearstellmotors in zwei ··· I • * electromagnetic linear actuator consisting of a frame part 4 5 ! i and a slide part 5 arranged one inside the other and movable perpendicular to each other in a common plane. For this purpose, the &idigr;�iacgr; frame part 2 of the first linear actuator is divided into two ··· I
Gestellhalbteile 2', 2" unterteilt, die mit ihren einander .Frame halves 2', 2" divided into each other.
zugewandten Innenseiten parallel zueinander im Abstand : ♦"**facing inner sides parallel to each other at a distance of: ♦"**
voneinander angeordnet sind und über zwei seitliche ;»*=·from each other and have two lateral ;»*=·
Verbindungsstege 8 zu einem quadratischen Rechteckrahmen zusammengebaut sind. Ähnlich sind das Schlittenteil 3 des ersten Linearstellmotors in zwei Schlittenhalbteile 3', 3" und das Gestellteil 4 des zweiten Linearstellmotors in zwei Gestellhalbteile 4', 4" unterteilt, die paarweise mit ihren einander zugewandten Innenseiten parallel im Abstand voneinander angeordnet sind und die zu einem länglichen Rechteckrahmen zusammengebaut sind. In diesem ist das als quaderförmiger Block ausgebildete Schlittenteil 5 des zweiten Linearstellmotors als Arbeitsschlitten 1 verfahrbar. Die Abmessungen sind bei der dargestellten Ausführungsform derart, daß die Hübe der Schlittenteile 3 und 5 gleich sind; jedoch können die Hübe auch ungleich sein.Connecting webs 8 are assembled to form a square rectangular frame. Similarly, the slide part 3 of the first linear actuator is divided into two slide halves 3', 3" and the frame part 4 of the second linear actuator is divided into two frame halves 4', 4", which are arranged in pairs with their inner sides facing each other, parallel and spaced apart, and which are assembled to form an elongated rectangular frame. In this, the slide part 5 of the second linear actuator, designed as a cuboid block, can be moved as a working slide 1. The dimensions in the embodiment shown are such that the strokes of the slide parts 3 and 5 are the same; however, the strokes can also be unequal.
Jeder der Linearstellmotoren weist Antriebsteile 6 aus einem steuerbaren Permanentmagnet/Elektromagnet-System und Passivteile 7 aus einer Reihe von im Abstand voneinander angeordneten ferromagnetischen Polen (nicht gezeigt) auf, von deren Größe die Schrittweite der Motoren bestimmt wird. Die aufeinander gleitenden Laufflächen der Antriebsteile 6 und der Passivteile 7 sind durch Auffüllen der Lücken zwischen denEach of the linear actuators has drive parts 6 made of a controllable permanent magnet/electromagnet system and passive parts 7 made of a series of spaced apart ferromagnetic poles (not shown), the size of which determines the step size of the motors. The sliding surfaces of the drive parts 6 and the passive parts 7 are filled by filling the gaps between the
Polen und Polteilen des Magnetsystems mit einem Kunststoffmaterial glatt ausgebildet und durch Einblasen von
Druckluft durch ein Druckluftpolster voneinander getrennt, so
daß eine reibungsfreie Luftlagerung für die Schlittenteile 3, 5 erreicht ist. Senkrecht zu ihrer Laufrichtung sind die
Schlittenteile 3, 5 zwischen Führungsplatten 20, 21 geführt. Über eine obere Befestigungsplatte 23 kann der Stellantrieb an
einem Ständer oder einer Hubsäule oder dergleichen aufgehängt werden.
· * Der Koordinaten-Stellantrieb nach den Fig. 1 bis 3 ist ·»Poles and pole parts of the magnet system are made smooth with a plastic material and separated from each other by blowing in compressed air through a compressed air cushion so that a friction-free air bearing for the slide parts 3, 5 is achieved. The slide parts 3, 5 are guided between guide plates 20, 21 perpendicular to their direction of travel. The actuator can be suspended from a stand or a lifting column or the like via an upper fastening plate 23.
· * The coordinate actuator according to Fig. 1 to 3 is ·»
• » · vorzugsweise für einen Bearbeitungskopf eines '*·* • » · preferably for a machining head of a '*·*
Materialbearbeitungs lasers bestimmt. Hierzu weist der .****.Material processing lasers. The .****.
Arbeitsschlitten 1 eine zentrale Durchgangsbohrung 11 auf, .****»Working carriage 1 has a central through hole 11, .****»
durch welche der Laserstrahl hindurchtritt und in welcher eine *·· optische Fokussierlinse aufgenommen werden kann. Ein derartiger*-«^through which the laser beam passes and in which an *·· optical focusing lens can be accommodated. Such a*-«^
• * » Bearbeitungskopf in Form eines Laser-Schneidkopfes ist aus den****# • * » Processing head in the form of a laser cutting head is made of the**** #
Fig. 4 und 5 schematisch ersichtlich. Hier ist ein "TFig. 4 and 5 schematically. Here is a "T
Zweikoordinaten-Stellantrieb des aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlichen Typs mittels der Befestigungsplatte 23 an dem als Vierkantrohr ausgeführten Schlittenteil 9 eines dritten Linearstellmotors befestigt, das in dessen ortsfest gehaltenem Gestellteil 10, von dem das Schlittenteil 9 umgeben ist, in dessen Axialrichtung, somit senkrecht zu den Laufrichtungen der Schlittenteile des ersten und des zweiten Linearstellmotors verfahrbar ist. In dieser Weise ist der Arbeitsschlitten 1 mittels des ersten und des zweiten Linearstellmotors entlang der X-Koordinate und der Y-Koordinate, und mittels des dritten Linearstellmotors 9, 10 entlang der Z-Koordinate verstellbar.Two-coordinate actuator of the type shown in Figs. 1 to 3 is fastened by means of the fastening plate 23 to the carriage part 9 of a third linear actuator, which is designed as a square tube, and which can be moved in the stationary frame part 10, by which the carriage part 9 is surrounded, in its axial direction, thus perpendicular to the running directions of the carriage parts of the first and second linear actuators. In this way, the working carriage 1 is adjustable by means of the first and second linear actuators along the X coordinate and the Y coordinate, and by means of the third linear actuator 9, 10 along the Z coordinate.
In der axialen Durchgangsbohrung 11 in dem Arbeitsschlitten 1 ist eine optische Linse 12 als Fokussierelement angeordnet, die daher mit dem Arbeitsschlitten 1 relativ zu dem stillstehenden Laserstrahl 17, der durch das das Schlittenteil 9 bildende Vierkantrohr und die Durchgangsbohrung 11 hindurchtritt, über den nutzbaren Aperturbereich der Linse 12 hin entlang der X-Koordinate und der Y-Koordinate bewegt werden kann. Hierbei entsprechen die untereinander gleichgroßen Hübe derAn optical lens 12 is arranged as a focusing element in the axial through-hole 11 in the work carriage 1, which can therefore be moved with the work carriage 1 relative to the stationary laser beam 17, which passes through the square tube forming the carriage part 9 and the through-hole 11, over the usable aperture area of the lens 12 along the X coordinate and the Y coordinate. Here, the mutually equal strokes of the
•i V '«•i V '«
Schlittenteile im wesentlichen dem Durchmesser des nutzbaren Aperturbereichs der Linse 12 abzüglich des Laserstrahldurchmessers und dem Durchmesser der Durchgangsbohrung 11. Dadurch können Beschriftungen auf der Werkstückoberfläche sowie Schnitte und Schweißungen im Werkstück in beliebigen Konturen durchgeführt werden, wobei die Lage des Fokus zum Werkstück mittels des dritten Linearstellmotors 9, 10 eingestellt werden kann.Slide parts essentially correspond to the diameter of the usable aperture area of the lens 12 minus the laser beam diameter and the diameter of the through hole 11. This allows labeling on the workpiece surface as well as cuts and welds in the workpiece to be carried out in any contour, whereby the position of the focus to the workpiece can be adjusted by means of the third linear actuator motor 9, 10.
Fig. 6 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel, welches bei ;.,.;. Fehlen des Z-Koordinatenantriebs dem aus Fig. 4 entspricht. Das,·*. Anwendungsbeispiel aus Fig. 7 ist gegenüber dem aus Fig. 6 "*** dadurch modifiziert, daß auf dem Arbeitsschlitten 1 über der Durchgangsbohrung 11 ein Umlenkspiegel 14 angeordnet ist, der~* den in diesem Fall horizontal parallel zur Bewegungsrichtung des Arbeitsschlittens ankommenden Laserstrahl 17 um 90° in vertikale Durchgangsbohrung umlenkt. Der Umlenkspiegel 14 hierbei eine senkrecht zur Bewegungsrichtung des **&idigr;"Fig. 6 shows a schematic example of an application which corresponds to that in Fig. 4 in the absence of the Z-coordinate drive. The application example in Fig. 7 is modified compared to that in Fig. 6 in that a deflection mirror 14 is arranged on the work carriage 1 above the through-hole 11, which deflects the laser beam 17, which in this case arrives horizontally parallel to the direction of movement of the work carriage, by 90° into the vertical through-hole. The deflection mirror 14 here has a perpendicular to the direction of movement of the **&idigr;"
Arbeitsschlittens 1 und parallel zur Bewegungsrichtung des Schlittenteils 3 des ersten Linearstellmotors gemessene Breite, die nur wenig größer zu sein braucht als der Hub des Schlittenteils 3 des ersten Linearstellmotors, wohingegen die senkrecht zu dieser Breitenabmessung gemessene Abmessung nur wenig größer zu sein braucht als der Durchmesser des Laserstrahls 17. Dies bedeutet eine Gewichts- und Kostenersparnis, die insbesondere bei IR-Materialien, wie sie für C02-Laser erforderlich sind, erheblich sein kann. Ersichtlich kann auch die Linse 12 streifenförmig ausgebildet sein, so daß ihre Abmessung in der Bewegungsrichtung des Arbeitsschlittens nur wenig breiter als der Durchmesser des Laserstrahls ist.Working carriage 1 and parallel to the direction of movement of the carriage part 3 of the first linear actuator, which only needs to be slightly larger than the stroke of the carriage part 3 of the first linear actuator, whereas the dimension measured perpendicular to this width dimension only needs to be slightly larger than the diameter of the laser beam 17. This means a weight and cost saving that can be significant, particularly with IR materials such as those required for C0 2 lasers. It is clear that the lens 12 can also be designed in the shape of a strip, so that its dimension in the direction of movement of the working carriage is only slightly wider than the diameter of the laser beam.
In einer Abwandlung der Ausführungsform aus Fig. 7 kann jedoch der Umlenkspiegel 14 auch relativ zu dem Arbeitsschlitten 1 und dem Schlittenteil 3 des ersten Linearstellmotors ortsfest in dem Sinne sein, daß diese relativ zu dem Umlenkspiegel 14 bewegt werden. In diesem Falle braucht der Umlenkspiegel 14 in seinem Durchmesser nur wenig größer als der Durchmesser desIn a modification of the embodiment of Fig. 7, however, the deflection mirror 14 can also be stationary relative to the working carriage 1 and the carriage part 3 of the first linear actuator in the sense that these are moved relative to the deflection mirror 14. In this case, the deflection mirror 14 needs to be only slightly larger in diameter than the diameter of the
Laserstrahls 17 zu sein.Laser beam 17 to be.
Die Ausführungsform aus Fig. 8 entspricht im wesentlichen derjenigen aus Fig. 6 bzw. 4, bei der ein Schneidbearbeitungskopf an dem Arbeitsschlitten 1 befestigt ist und der Gestellteil 2 des ersten Linearstellmotors über die Befestigunmgsplatte 23 an dem als Vierkantrohr ausgebildeten Schlittenteil 9 des dritten Linearstellmotors aufgehängt ist.The embodiment of Fig. 8 corresponds essentially to that of Fig. 6 or 4, in which a cutting processing head is attached to the work carriage 1 and the frame part 2 of the first linear actuator is suspended via the fastening plate 23 on the carriage part 9 of the third linear actuator, which is designed as a square tube.
Bei dem Anwendungsbeispiel aus Fig. 9 ist anstelle des *·.··« Umlenkspiegels 14 und der Linse 12 der Ausführungsform aus » ·**♦ Fig. 7 ein Off-Axis-Parabolspiegel 13 als Fokussierelement an · dem Arbeitsschlitten 1, und zwar an dessen Unterseite : **· angebracht, so daß die Durchgangsbohrung 11 an sich entfallen,., JIn the application example from Fig. 9, instead of the *·.··« deflecting mirror 14 and the lens 12 of the embodiment from » ·**♦ Fig. 7, an off-axis parabolic mirror 13 is attached as a focusing element to the work carriage 1, specifically to its underside, so that the through hole 11 is omitted., J
kann. Der entsprechend unter dem Stellantrieb horizontal **can. The corresponding horizontal under the actuator **
ankommende Laserstrahl 17 wird von dem Parabolspiegel 13 wie· »~%incoming laser beam 17 is reflected by the parabolic mirror 13 as· »~%
bei der Ausführungsform aus Fig. 7 aus der horizontalen ·#»# Richtung in die Vertikalrichtung nach unten umgelenkt und dabe*i fokussiert. Nach Fig. 10 ist der Off-Axis-Parabolspiegel 13 auf dem Arbeitsschlitten 1 über der Durchgangsbohrung 11 angebracht. Auf dem Gestellteil 2 des ersten Linearstellmotors ist ein den hier vertikal ankommenden Laserstrahl 17 auf den Parabolspiegel 13 umlenkender Umlenkspiegel 18 angebracht. Wie zu Fig. 7 für den Umlenkspiegel 14 und die Linse 12 erläutert, kann auch der Parabolspiegel 13 nach den Fig. 9 und 10 als sich senkrecht zur Verfahrrichtung des Arbeitsschlittens 1 erstreckender schmaler Streifen ausgebildet sein.in the embodiment of Fig. 7, it is deflected downwards from the horizontal direction into the vertical direction and focused in the process. According to Fig. 10, the off-axis parabolic mirror 13 is mounted on the work carriage 1 above the through hole 11. A deflecting mirror 18 is mounted on the frame part 2 of the first linear actuator, deflecting the laser beam 17 arriving vertically onto the parabolic mirror 13. As explained in Fig. 7 for the deflecting mirror 14 and the lens 12, the parabolic mirror 13 according to Figs. 9 and 10 can also be designed as a narrow strip extending perpendicular to the direction of travel of the work carriage 1.
Bei der Ausführungsform aus Fig. 11 ist in der zentralen Durchgangsbohrung 11 des Arbeitsschlittens 1 die kombinierte Auskoppel- und Fokussieroptik 15 eines den Laserstrahl führenden Lichtleiterkabels 16 festgelegt. Stattdessen kann gemäß Fig. 11a in dem Arbeitsschlitten 1 ein diodengepumpter Festkörperlaser 24 befestigt sein, der sich durch kleine Abmessungen und geringes Gewicht auszeichnet und der über ein Lichtleiterkabel 16 gespeist wird. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 12 und 13 sind auf dem Gestellteil 2 des ersten Linearstellmotors und auf dem Arbeitsschlitten 1 je einIn the embodiment of Fig. 11, the combined decoupling and focusing optics 15 of a fiber optic cable 16 guiding the laser beam is fixed in the central through-hole 11 of the work carriage 1. Instead, according to Fig. 11a, a diode-pumped solid-state laser 24 can be fixed in the work carriage 1, which is characterized by small dimensions and low weight and which is fed via a fiber optic cable 16. In the embodiment according to Figs. 12 and 13, a
Umlenkspiegel 18 angeordnet, so daß der Laserstrahl 17, der in horizontaler Richtung parallel zur Verfahrrichtung des Schlittenteils 3 des ersten Linearstellmotors ankommt, durch die Durchgangsbohrung 11 hindurch auf eine optische Linse 12 als fokussierendes Element umgelenkt wird· Dem entspricht im wesentlichen die Ausführungsform aus Fig. 14, wobei jedoch nur der auf dem Gestellteil 2 des ersten Linearschrittmotors sitzende Umlenkspiegel 18 vorgesehen ist, der mit einem Off-Axis-Parabolspiegel 13 als fokussierendes Element zusammenwirkt, wobei der Umlenkspiegel 18 und der ·····«Deflecting mirror 18 is arranged so that the laser beam 17, which arrives in a horizontal direction parallel to the direction of travel of the slide part 3 of the first linear actuator, is deflected through the through hole 11 onto an optical lens 12 as a focusing element. This essentially corresponds to the embodiment from Fig. 14, but only the deflecting mirror 18 sitting on the frame part 2 of the first linear stepper motor is provided, which interacts with an off-axis parabolic mirror 13 as a focusing element, the deflecting mirror 18 and the ·····«
Parabolspiegel 13 unter dem Stellantrieb angebracht sind.Parabolic mirrors 13 are mounted below the actuator.
Die Ausführungsformen aus den Fig. 15 bis 21 haben gemeinsam,* « daß auf dem Gestellteil 2 des ersten Linearstellmotors die ... I The embodiments from Fig. 15 to 21 have in common* « that on the frame part 2 of the first linear actuator the ... I
Auskoppeloptik 15 eines Lichtleiterkabels 16, von welcher das „ Laserlicht als Parallelstrahlenbündel abgestrahlt wird, in ; ;** einer Ebene verläuft, die parallel zu den Verfahrebenen der ;·*· Schlittenteile des Koordinaten-Stellantriebs ist. Dies hat den* Vorteil, daß Bauhöhe eingespart wird und der Stellantrieb mit einer Laseroptik als kompakter, zusätzlicher Bearbeitungskopf in eine bestehende Laserbearbeitungsanlage eingebaut werden kann. Diese Möglichkeit kann beispielsweise vorteilhaft sein, um auf einer CO2-Laserschneidanlage einen zusätzlichen Bearbeitungskopf eines YAG-Festkörperlasers vorzusehen, damit das Werkstück mit diesem zusätzlichen Bearbeitungskopf auf größeren Feldern beschriftet werden kann. Da beispielsweise die Fokussierlinse eines YAG-Lasers aus Glas ist, also nicht aus einem teureren IR-durchlässigen Material sein muß, kann sie beinahe beliebig groß gemacht werden, ohne daß sie zu kostenaufwendig wird. Dies trifft auch auf die Ausführungsformen nach den Fig. 6, 7 und 8 zu.Output optics 15 of a fiber optic cable 16, from which the laser light is emitted as a parallel beam, runs in a plane that is parallel to the travel planes of the slide parts of the coordinate actuator. This has the advantage that construction height is saved and the actuator with laser optics can be installed as a compact, additional processing head in an existing laser processing system. This option can be advantageous, for example, in order to provide an additional processing head of a YAG solid-state laser on a CO 2 laser cutting system so that the workpiece can be marked on larger fields with this additional processing head. Since, for example, the focusing lens of a YAG laser is made of glass, and therefore does not have to be made of a more expensive IR-permeable material, it can be made almost as large as desired without becoming too expensive. This also applies to the embodiments according to Figs. 6, 7 and 8.
Die Ausführungsform nach den Fig. 15 und 16 entspricht im übrigen derjenigen aus Fig. 7. Die Auskoppeloptik 15 ist hier in der Symmetrieachse des Gestellteils 2 des ersten Linearstellmotors parallel zur Verfahrrichtung des Arbeitsschlittens 1 auf den Umlenkspiegel 14 ausgerichtet, von dem der ausgekoppelte Laserstrahl 17 auf die optische LinseThe embodiment according to Figs. 15 and 16 otherwise corresponds to that of Fig. 7. The output optics 15 are aligned here in the symmetry axis of the frame part 2 of the first linear actuator parallel to the direction of travel of the work carriage 1 on the deflection mirror 14, from which the output laser beam 17 is directed onto the optical lens
am Arbeitsschlitten 1 umgelenkt wird. Es ist aber auch möglich, die Auskoppeloptik 15 in der anderen Symmetrieachse des Gestellteils 2 senkrecht zur Verfahrrichtung des Arbeitsschlittens 1 auszurichten. Der Umlenkspiegel 14 kann ebenfalls an dem Gestellteil 2 ortsfest festgelegt sein.on the work carriage 1. However, it is also possible to align the output optics 15 in the other axis of symmetry of the frame part 2 perpendicular to the direction of travel of the work carriage 1. The deflection mirror 14 can also be fixed in place on the frame part 2.
Hierbei braucht der Umlenkspiegel 14 nur wenig größer als der Durchmesser des Laserstrahls sein. Es ist auch möglich, den Umlenkspiegel 14 auf dem Arbeitsschlitten 1 mit diesem mitfahrend zu montieren. In diesem Fall kann die Linse 12, wie zu Fig. 7 erläutert, in Richtung parallel zu der Auskoppeloptijk··!« 15 auf eine Abmessung reduziert sein, die nur wenig größer al$ ·**· der Durchmesser des Laserstrahls 17 ist. «In this case, the deflection mirror 14 only needs to be slightly larger than the diameter of the laser beam. It is also possible to mount the deflection mirror 14 on the work carriage 1 so that it moves with it. In this case, the lens 12 can, as explained in Fig. 7, be reduced in the direction parallel to the coupling optics 15 to a dimension that is only slightly larger than the diameter of the laser beam 17.
Die Ausführungsform aus Fig. 17 entspricht im wesentlichen ··, JThe embodiment of Fig. 17 corresponds essentially to ··, J
derjenigen aus Fig. 9. Die unter dem Gestellteil 2 angeordnete, Auskoppeloptik 15 ist daher auf einen Off-Axis-Parabolspiegel· ·*** 13 als Fokussierelement ausgerichtet, der unter dem Arbeitsschlitten 1 an diesem festgelegt ist. Bei der * Ausführungsform aus Fig. 18 hingegen sind die Auskoppeloptik 15 und der Parabolspiegel 13 auf der Oberseite des Stellantriebs angeordnet, so daß der fokussierte Laserstrahl durch die Durchgangsbohrung 11 des Arbeitsschlittens 1 hindurchgeht.that of Fig. 9. The output optics 15 arranged under the frame part 2 are therefore aligned with an off-axis parabolic mirror 13 as a focusing element, which is fixed to the work carriage 1 under the latter. In the * embodiment of Fig. 18, however, the output optics 15 and the parabolic mirror 13 are arranged on the top of the actuator so that the focused laser beam passes through the through-hole 11 of the work carriage 1.
Für größere Arbeitsfelder kann der Stellantrieb in größeren Abmessungen ausgeführt werden und kann beispielsweise, wie aus der Draufsicht in Fig. 21 der Ausführungsformen gemäß den Fig. 19 oder 20 ersichtlich, die Auskoppeloptik 15 auf einen "fliegenden" Umlenkspiegel 19 ausgerichtet sein, der auf dem Schlittenteil 3 des ersten Linearstellmotors mit diesem Schlittenteil 3 mitfahrend angebracht ist und von dem der Laserstrahl 17 gemäß Fig. 19 auf einen zweiten Umlenkspiegel 14 auf dem Arbeitsschlitten 1 oder gemäß Fig. 20 auf einen Off-Axis-Parabolspiegel 13 umgelenkt wird. Gemäß Fig. 19 ist als fokussierendes Element eine optische Linse 12 wie nach Fig. 15 vorgesehen, wohingegen gemäß Fig. 20 der Parabolspiegel 13 selbst das fokussierende Element bildet. Bei diesen Ausführungsformen ist es aber auch möglich, den ersten Umlenkspiegel 19 wegzulassen und stattdessen die AuskoppeloptikFor larger working areas, the actuator can be designed in larger dimensions and, for example, as can be seen from the top view in Fig. 21 of the embodiments according to Fig. 19 or 20, the output optics 15 can be aligned with a "flying" deflection mirror 19, which is mounted on the carriage part 3 of the first linear actuator so that it travels with this carriage part 3 and from which the laser beam 17 is deflected according to Fig. 19 to a second deflection mirror 14 on the working carriage 1 or according to Fig. 20 to an off-axis parabolic mirror 13. According to Fig. 19, an optical lens 12 as in Fig. 15 is provided as the focusing element, whereas according to Fig. 20 the parabolic mirror 13 itself forms the focusing element. In these embodiments, however, it is also possible to omit the first deflection mirror 19 and instead use the output optics
15 selbst in Ausrichtung auf den zweiten Umlenkspiegel 14 beziehungsweise den Parabolspiegel 13 auf dem Schlittenteil 3 des ersten Linearstellmotors mitfahrend anzuordnen.15 itself in alignment with the second deflection mirror 14 or the parabolic mirror 13 on the carriage part 3 of the first linear actuator.
Aus den Fig. 22 und 23 sind schematisch zwei Beispiele dafür ersichtlich, daß eine Einheit gemäß den Fig. 15 bis 21 als selbständiger zusätzlicher Bearbeitungskopf 30 z.B. eines YAG-Lasers in eine Laserbearbeitungsanlage mit einem Hauptbearbeitungskopf 31 z.B. eines C02-Lasers einbezogen wird.Figs. 22 and 23 schematically show two examples of how a unit according to Figs. 15 to 21 is incorporated as an independent additional processing head 30, e.g. of a YAG laser, into a laser processing system with a main processing head 31, e.g. of a CO 2 laser.
Nach Fig. 22 kann der zusätzliche Bearbeitungskopf 30 parallel?···* zu dem Hauptbearbeitungskopf 31 betrieben werden, um : ;*** beispielsweise zusätzlich zu einer Schneidbearbeitung · Beschriftungen oder Schweißungen auszuführen. Nach Fig. 22 J können gewisse Werkstückgebiete im Bereich des C02-Laser- »»»^ Hauptbearbeitungskopfes 31 nicht erreicht werden. Gemäß Fig. 2»3According to Fig. 22, the additional processing head 30 can be operated in parallel to the main processing head 31 in order to carry out, for example, in addition to cutting, marking or welding. According to Fig. 22, certain workpiece areas cannot be reached in the area of the C0 2 laser main processing head 31. According to Fig. 23
jedoch kann der zusätzliche Bearbeitungskopf 30 nach Anheben! J &iacgr; des Hauptbearbeitungskopfes 31 an dessen Stelle treten, wobei;**» jetzt die Bearbeitungen mit dem Hauptbearbeitungskopf 31 und * dem zusätzlichen Bearbeitungskopf 30 im Bereich des Hauptbearbeitungskopfes 31 nur abwechselnd erfolgen können.However, the additional machining head 30 can take the place of the main machining head 31 after it has been raised, whereby the machining operations with the main machining head 31 and the additional machining head 30 in the area of the main machining head 31 can now only be carried out alternately.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9218604U DE9218604U1 (en) | 1991-11-19 | 1992-11-19 | Electromagnetic coordinate actuator of a work slide |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9114442 | 1991-11-19 | ||
| DE9218604U DE9218604U1 (en) | 1991-11-19 | 1992-11-19 | Electromagnetic coordinate actuator of a work slide |
| PCT/EP1992/002655 WO1993009910A2 (en) | 1991-11-19 | 1992-11-19 | Electromagnetic coordinate servodrive for a working carriage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9218604U1 true DE9218604U1 (en) | 1994-11-10 |
Family
ID=25958874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9218604U Expired - Lifetime DE9218604U1 (en) | 1991-11-19 | 1992-11-19 | Electromagnetic coordinate actuator of a work slide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9218604U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997017165A1 (en) * | 1995-11-03 | 1997-05-15 | Heinz Peter Brandstetter | Machining stand with planar electromagnetic two-coordinate direct drives |
| EP1287946A1 (en) * | 2001-08-18 | 2003-03-05 | Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG | Machine tool with a functional unit driven by linear motors |
| DE102020134413A1 (en) | 2020-12-21 | 2022-06-23 | HELLA GmbH & Co. KGaA | Process for producing an adhesive bond |
-
1992
- 1992-11-19 DE DE9218604U patent/DE9218604U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
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| WO1997017165A1 (en) * | 1995-11-03 | 1997-05-15 | Heinz Peter Brandstetter | Machining stand with planar electromagnetic two-coordinate direct drives |
| EP1287946A1 (en) * | 2001-08-18 | 2003-03-05 | Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG | Machine tool with a functional unit driven by linear motors |
| US6720683B2 (en) | 2001-08-18 | 2004-04-13 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh & Co. Kg | Machine tool with a linear drive for machining element |
| DE102020134413A1 (en) | 2020-12-21 | 2022-06-23 | HELLA GmbH & Co. KGaA | Process for producing an adhesive bond |
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