CN101443154B - 具有激光束引导装置通风装置的激光加工机和激光加工机的激光束引导装置的通风方法 - Google Patents

具有激光束引导装置通风装置的激光加工机和激光加工机的激光束引导装置的通风方法 Download PDF

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Abstract

一种激光加工机(101)，其具有用于为激光加工头(104)的激光束引导装置(106)通风的装置，通过所述装置，激光束引导装置(106)被构造为向着工件(107’)打开。同时，具有用于第一种气体通入激光束引导装置(106)的第一气体入口(111)和用于第二种气体通入激光束引导装置(106)的第二气体入口(112)。

Description

具有激光束引导装置通风装置的激光加工机和激光加工机的激光束引导装置的通风方法
技术领域
本发明涉及一种具有为激光束引导装置通风的装置的激光加工机，和一种为激光加工机中激光束引导装置通风的方法。根据权利要求1的前序部分，激光加工机包括到达激光加工头的激光束的引导装置，借助其激光束引导装置构造为向着工件打开。
背景技术
这种激光加工机已经被熟知，如通过EP1640105A1。
本发明的主要是涉及具有一激光加工头的3维激光加工机，例如上面提到的应用。聚焦元件是一镜面，光束引导装置向加工位置打开。这种机器主要用于激光焊接。
光束引导装置需要清洁和持续的空气。二氧化碳含量的变化，其他影响光束传播的物质，或光束截面温度的不均匀分布会改变未加工的光束和聚焦点的性质，因而加工操作的持续性将变坏。
已知的解决方法是在光束引导装置充满清洁的氮气，并通过给定的流量获得通过量和提高的压力，以抵抗杂质气体从环境中进入。
由于已知的激光加工头是向着加工位置打开的，因此本解决方法中大量昂贵的纯气体从光束引导装置中排出。
相似的问题也出现在具有光学镜面单元的激光切割机的发明中，例如，根据EP1623790A1。激光切割机的激光加工头不具有向激光加工区域方向密封光束引导装置的透镜，而是用一开孔来代替进行分离。昂贵的纯气体也通过该开孔从光束引导装置中排出，但比上述的激光焊接机排出的数量少。
EP1182002A1已经公开了具有光学透镜单元的激光切割机，在光束引导侧使用高纯气体冲洗透镜，当光束引导装置内的冲洗气体的压力下降时相应的增加该压力。已知的光束引导装置没有构造成向着工件开口，因为透镜密封了互相相关的光束引导装置和加工空间。因此，在本实施例中可以对高纯(昂贵的)气体进行压力调节，而没有由此引起的严重成本的缺点。
发明内容
本发明解决的问题是利用开放的光学加工单元来减少用于光束引导装置通风的纯气体的排出。
通过权利要求1中的激光加工机解决了该问题。其他权利要求说明了本发明的有益进步。本发明的装置具有如下优点：
在光束引导装置的两个不同的位置使用两种气体通风。光束引导装置可以说是被再分为两个气体分室。高纯气体以低流速提供给第一气体分室。其占据了光束引导装置的主要空间并且基本上是封闭的。第二气体分室与第一气体分室相邻，充满了第二种气体，优选低成本气体。光束路径只有相对小的比例在第二气体分室中，因此低成本气体对光束传播的破坏会相对微弱。第二气体分室可能会打开，例如在光学镜面单元中。压力的波动等在第二气体分室内进行调节。
附图说明
参照下面的图对本发明的两个实施例进行详细说明，其中：
图1是一激光切割机的透视图。
图2是一激光焊接机的透视图。
具体实施方式
图1所示的激光加工机1包括激光发生器2(二氧化碳激光)和激光加工头4，激光加工头4可以在双头箭头3所示的方向相对移动。由激光发生器2产生的激光束5被从激光发生器2引导穿过由气体冲洗的光束引导空间6到达加工头4并被引导到工件7上，工件7是放置在激光加工机1的工件支撑8上的待加工的金属板。
穿透和激光切割都需要加入气体进行支持。氧气，氮气，压缩空气和/或特殊应用气体可以作为切割气体9使用。最终使用哪一种气体取决于被切割的材料和工件需要的质量。切割气体在靠近加工位置处被提供在加工头中。
光束引导空间6基本上充满了纯气体，例如氮气。光束引导空间6是由波纹管或者其他封闭体(也包括管子、可伸缩管子等)界定的。
激光光束5重新定向并在激光加工头4内聚焦以使得聚焦的激光光束直接引导到工件上。与光束引导空间6相关联的激光加工头4的外壳区域和与激光加工相关联的外壳区域通过镜面聚焦单元和激光加工头4内的孔分开。这样的一种激光加工头已经在EP1623790A1中公开。为了能将加工气体侧和光束导向空气互相分开，激光束5由中间的焦点导向。因此所使用的激光加工头4的部件由聚焦抛物面镜和椭圆面镜(ellipsoid mirror)构成。激光束5穿过的孔设置在两个光学单元之间的中间聚焦点。这样的光学加工单元形成开放的光束引导系统。孔的直径要选择足够大以致于激光束不会达到孔边上，且足够小以致于光束引导空间的冲洗气体泄漏损失较低。
为了给光束引导空间6通风，压力为1.1巴的纯气体从紧邻激光发生器2的下游的第一气体入口10引入。为减少纯气体的流量，在光束引导空间6中紧邻激光加工头4的上游处设置了第二气体入口11。在该位置，干净的空气代替纯气体被引入。实际上，整个光束引导空间6是用纯气体通风的，因此阻止了激光束5的扩大。干净的空气通过第二气体入口11相对于纯气体流动方向横向的引入，光束引导空间6的末端和激光切割头4是使用干净空气进行通风的。纯气体和空气的混合气体可经过喷嘴排出。
为防止光束引导空间6内有害的过高压力，提供了过压阀12和气体均衡体积13。
图2所示的是激光焊接机器101的结构。机架支撑着机器的运动单元和光束导向系统，光束导向系统具有对激光发生器102产生的激光束105重新定向的镜面。
具有倾斜镜面和聚焦镜面的激光焊接头104借助于两个旋转轴可以在三个方向移动以便能加工出最好的焊缝，达到将放置在支撑物上的部件107和部件107’焊接在一起的目的。部件107和107’被夹具固定就位。对于激光焊接，加工气体(工作气体，保护气体)可以被提供给激光加工头104，并可以通过排出装置排出。
光束引导腔106基本上充满了纯气体，例如氮气。光束引导腔106是由波纹管或者其他封闭体(也包括管子、可伸缩管子等)界定的。
为了给光束引导装置106通风，压力为1.1巴的纯气体从紧邻激光发生器102的下游的第一气体入口111引入。为减少纯气体的流量，在光束引导空间106中紧邻激光加工头104的上游处设置了第二气体入口112。在该位置，干净的空气代替纯气体被引入。实际上，整个光束引导空间106是用纯气体通风的，因此阻止了激光束105的扩大。干净的空气通过第二气体入口112相对于纯气体流动方向横向的引入，光束引导空间106的末端和激光切割头104是使用干净空气进行通风的。纯气体和空气的混合气体可经过喷嘴排出。
在两个实施例中，提供的纯气体(氮气)的压力相对较高，而在激光加工头4、104附近引入的空气的压力相对较低。另一方面，纯气体的流量相对较低(当然，一些纯气体也会被加工头104排出，但只是相对较小的量)，而干净空气的流量较高。
参考数字列表
1   激光加工机
2   激光发生器
3   双头箭头
4   激光加工头
5   激光束
6   光束引导装置
7   工件
8   工件支撑
9   切割气体
10  气体入口
11  气体入口
12  过压阀
13  气体均衡体积
101 激光加工机
102 激光发生器
104 激光加工头
105 激光束
106 光束引导装置
107，107’ 工件
111 气体入口
112 气体入口

Claims (10)

1.一种用于加工工件的激光加工机，其包括：
激光发生器；
包括光学加工单元的激光加工头，所述激光加工头向着工件打开并包括聚焦单元；
以流体连通方式布置在所述激光发生器和激光加工头之间的激光束引导装置，所述激光束引导装置具有紧邻激光发生器的下游布置的用于纯气体的第一气体入口和紧邻激光加工头的上游布置的用于低成本气体的第二气体入口，其中，第一气体入口和第二气体入口都布置在聚焦单元的上游；以及
用于将纯气体以低流速供应到第一气体入口和将低成本气体以比纯气体的流速较高的流速供应到第二气体入口的装置。
2.如权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，还包括设置在激光束引导装置处的气体均衡体积。
3.如权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，还包括设置在激光束引导装置处的过压阀。
4.如权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，所述聚焦单元包括镜面聚焦单元。
5.一种将气体供应至激光加工机中的激光束引导装置的方法，其中所述激光加工机具有激光发生器和向着工件打开并包括聚焦单元的激光加工头，所述方法包括：
将纯气体以低流速经由紧邻激光发生器的下游布置在所述激光束引导装置中的第一入口引入激光束引导装置的第一部分；以及
将低成本气体以比纯气体的流速较高的流速经由布置在所述激光束引导装置中的第二入口引入激光束引导装置的第二部分，第二入口紧邻聚焦元件的上游且位于第一入口的下游。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纯气体是纯氮气。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述低成本气体是干净空气。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，引入纯气体的压力比引入低成本气体的压力相对较高。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，低成本气体相对于纯气体的流动方向横向地引入。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述聚焦单元包括镜面聚焦单元。
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