CN103192178A - 组合式激光切割器 - Google Patents

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夏致俊
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Abstract

本发明涉及一种利用激光进行金属切割的组合式激光切割器。它包括入射光源汇聚系统、透镜系统、光通道和切割嘴；入射光源汇聚系统包括至少一组透镜，每组透镜可将水平入射的直径范围较大的平行光汇聚为直径范围较小的水平平行光，在水平平行光的传播路线上设置有可将水平平行光转换为垂直平行光的反光镜；透镜系统位于反光镜下方；光通道位于透镜系统下方，下端设置切割嘴。采用这样的结构后，由于通过透镜系统和入射光源汇聚系统的多组凹凸透镜组合，可利用多个功率较小的激光光源达到最终切割激光强度的要求，从而使激光切割器的器件成本较低；其切割嘴在高温切割的同时可以输出压缩气流，使切割部分能够顺利分离，保证了切割效果。

Description

组合式激光切割器
技术领域
本发明涉及一种利用激光进行金属切割的组合式激光切割器。
背景技术
现有的大功率激光切割器通常需要设置价格高昂的大功率激光发生装置，大大增加了设备的购置和使用成本，同时其设备结构复杂，不利于运行和维护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可用于金属切割、器件成本低、运行维护方便的组合式激光切割器。
为了解决上述技术问题，本发明的组合式激光切割器，包括入射光源汇聚系统、透镜系统、光通道和切割嘴；
所述入射光源汇聚系统包括至少一组透镜，每组透镜可将水平入射的直径范围较大的平行光汇聚为直径范围较小的水平平行光，在该水平平行光的传播路线上设置有可将水平平行光转换为垂直平行光的反光镜；
所述透镜系统位于反光镜下方，并可将反光镜投射来的垂直平行光进行汇聚；
所述光通道位于透镜系统下方，光通道下端设置切割嘴，上述由透镜系统汇聚的光线可经过光通道聚焦于切割嘴处。
所述入射光源汇聚系统包括至少一组光轴水平设置的第一凸透镜和第一凹透镜；从第一凸透镜一侧平行入射的激光源可被第一凸透镜汇聚到第一凹透镜的范围内，第一凹透镜可将汇聚的光线转换为水平平行光。入射光源汇聚系统可包括有多组可产生所述水平平行光的透镜，各组透镜环形分布或阵列分布。
所述透镜系统可由依次位于竖直光轴上的第二凸透镜和第二凹透镜组成，第二凸透镜可将入射的垂直平行光汇聚至第二凹透镜的范围，并由第二凹透镜将光线重新聚焦至切割嘴处。
所述透镜系统也可由依次位于竖直光轴上的第二凸透镜、第二凹透镜、第三凸透镜组成，第二凸透镜可将入射的垂直平行光汇聚至第二凹透镜的范围，并由第二凹透镜将光线转换为垂直平行光，第三凸透镜可将来自第二凹透镜的垂直平行光重新聚焦至切割嘴处。
所述入射光源汇聚系统位于一个封装箱体内，封装箱体上设置有可对封装箱体内部抽真空的抽真空装置。
所述光通道包括有一个内管，内管下端与切割嘴上的开孔相通，内管上端与透镜系统密封连接，内管的内腔通过进风管与压缩气源连接；内管外围套有一个外管，外管上设置有与冷却液循环系统连接的冷却液进口和冷却液出口，外管的其他部分封闭。
所述外管与内管之间连接有纵向的加强筋板。
所述切割嘴外围套有一个注水腔，注水腔上设置有与冷却液循环系统连接的冷却液进口和冷却液出口，注水腔的其他部分封闭。
所述第一凸透镜与入射光源之间设置有可打开或遮蔽入射光源的移动挡板，所述移动挡板由气缸驱动。
采用这样的结构后，由于通过透镜系统和入射光源汇聚系统的多组凹凸透镜组合，可利用多个功率较小的激光光源达到最终切割激光强度的要求，从而使激光切割器的器件成本较低；其切割嘴在高温切割的同时可以输出压缩气流，使切割部分能够顺利分离，保证了切割效果；密封箱体上设置的抽真空的装置保证了密封箱体内空气的洁净度，使入射光源汇聚系统免受其它杂物的影响；通过设置在内、外管间的加强筋板和循环冷却液，提高了内管抵抗受热变形的能力，保证了切割精度；设置在切割嘴外围的注水腔，可使降低切割嘴的在切割时产生的高温，延长了切割嘴的使用寿命，更加保证切削性能。
附图说明
图1是本发明第一实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的A截面结构示意图；
图3是本发明第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的组合式激光切割器作进一步详细说明。
实施例一：
如图1、图2所示，本发明的组合式激光切割器，入射光源汇聚系统、透镜系统、光通道和切割嘴。
入射光源汇聚系统位于一个封装箱体7内，封装箱体7可以为方形也可以为圆形以及其它形状，封装箱体7上设置有可对封装箱体内部抽真空的抽真空装置8，入射光源汇聚系统包括有多组第一凸透镜、第一凹透镜和反光镜，入射光源汇聚系统环布在封装箱体的内壁上，对于环布在封装箱体的内壁上的入射光源汇聚系统可以平行设置，也可以交错布置，其交错布置的效果更加优越，第一凸透镜1和一个直径小于第一凸透镜并可将第一凸透镜1汇聚的入射光源转换为水平平行光的第一凹透镜11，第一凸透镜1与入射光源之间设置有可打开或遮蔽入射光源的移动挡板16，移动挡板16由气缸17驱动，水平平行光的末端设置有可将水平平行光转换为垂直平行光的反光镜5。
透镜系统包括有由上至下同轴设置的第二凸透镜2和第二凹透镜22和设置在第二凹透镜2下端并与第二凹透镜2相关联的第三凸透镜3；第二凸透镜可将入射的垂直平行光汇聚至第二凹透镜的范围；透镜系统下方连接有一段属于光通道的内管6，内管6上端与第三凸透镜3密封连接，内管的内腔通过进风管9和进风阀10与压缩气源连接；内管下端设置具有开孔的切割嘴4；由此设置垂直平行光经过透镜系统并由第二凹透镜将光线重新聚焦，第三凸透镜可将来自第二凹透镜的垂直平行光重新聚焦至切割嘴处。
所述内管6外围套有一个外管12，外管12上设置有与冷却液循环系统连接的冷却液进口13和冷却液出口14，外管12的其他部分封闭；外管12与内管6之间连接有纵向的加强筋板15。
所述切割嘴4外围套有一个注水腔18，注水腔18上设置有与冷却液循环系统连接的冷却液进口19和冷却液出口20，注水腔18的其他部分封闭。
实施例二：
如图2、图3所示，本发明的组合式激光切割器，入射光源汇聚系统、透镜系统、光通道和切割嘴。
入射光源汇聚系统位于一个封装箱体7内，封装箱体7上设置有可对封装箱体内部抽真空的抽真空装置8，入射光源汇聚系统包括有多组第一凸透镜、第一凹透镜和反光镜，第一凸透镜1和一个直径小于第一凸透镜并可将第一凸透镜1汇聚的入射光源转换为水平平行光的第一凹透镜11，第一凸透镜1与入射光源之间设置有可打开或遮蔽入射光源的移动挡板16，移动挡板16由气缸17驱动，水平平行光的末端设置有可将水平平行光转换为垂直平行光的反光镜5。
透镜系统包括有由上至下同轴设置的第二凸透镜2和第二凹透镜22，第二凸透镜可将入射的垂直平行光汇聚至第二凹透镜的范围；透镜系统下方连接有一段属于光通道的内管6，内管6上端与凹透镜2密封连接，内管的内腔通过进风管9和进风阀10与压缩气源连接；内管下端设置具有开孔的切割嘴4；所述垂直平行光经过透镜系统并由第二凹透镜将光线重新聚焦，重新聚焦的焦点位于切割嘴4处。
所述内管6外围套有一个外管12，外管12上设置有与冷却液循环系统连接的冷却液进口13和冷却液出口14，外管12的其他部分封闭；外管12与内管6之间连接有纵向的加强筋板15。
所述切割嘴4外围套有一个注水腔18，注水腔18上设置有与冷却液循环系统连接的冷却液进19和冷却液出口20，注水腔18的其他部分封闭。
本发明工作过程中，入射光源经过入射光源汇聚系统的第一凸透镜聚焦，第一凹透镜11可将第一凸透镜1汇聚的入射光源转换为水平平行光并将焦距延长，然后通过设置在水平平行光末端的反光镜5将水平平行光转换为垂直平行光；然后垂直平行光经过第二凸透镜聚焦，再经过第二凹透镜将焦距延长，将汇聚到第二凹透镜2下端的垂直平行光再次通过第三凸透镜3进行重新会聚，从而在焦点附近形成较大的有效切割深度，切割过程中利用气流的冲击使得切割部分能够顺利分离。
上面实施例对本发明作了详细说明，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种组合式激光切割器，其特征在于：包括入射光源汇聚系统、透镜系统、光通道和切割嘴；
所述入射光源汇聚系统包括至少一组透镜，每组透镜可将水平入射的直径范围较大的平行光汇聚为直径范围较小的水平平行光，在该水平平行光的传播路线上设置有可将水平平行光转换为垂直平行光的反光镜(5)；
所述透镜系统位于反光镜(5)下方，并可将反光镜(5)投射来的垂直平行光进行汇聚；
所述光通道位于透镜系统下方，光通道下端设置切割嘴(4)，上述由透镜系统汇聚的光线可经过光通道聚焦于切割嘴(4)处。
2.按照权利要求1所述的组合式激光切割器，其特征在于：所述入射光源汇聚系统包括至少一组光轴水平设置的第一凸透镜(1)和第一凹透镜(11)；从第一凸透镜一侧平行入射的激光源可被第一凸透镜汇聚到第一凹透镜的范围内，第一凹透镜可将汇聚的光线转换为水平平行光。
3.按照权利要求1或2所述的组合式激光切割器，其特征在于：所述入射光源汇聚系统包括有多组可产生所述水平平行光的透镜，各组透镜环形分布或阵列分布。
4.按照权利要求1所述的组合式激光切割器，其特征在于：所述透镜系统可由依次位于竖直光轴上的第二凸透镜(2)和第二凹透镜(22)组成，第二凸透镜可将入射的垂直平行光汇聚至第二凹透镜的范围，并由第二凹透镜将光线重新聚焦至切割嘴(4)处。
5.按照权利要求1所述的组合式激光切割器，其特征在于：所述透镜系统也可由依次位于竖直光轴上的第二凸透镜(2)、第二凹透镜(22)、第三凸透镜(3)组成，第二凸透镜可将入射的垂直平行光汇聚至第二凹透镜的范围，并由第二凹透镜将光线转换为垂直平行光，第三凸透镜可将来自第二凹透镜的垂直平行光重新聚焦至切割嘴处。
6.按照权利要求4所述的组合式激光切割器，其特征在于：所述入射光源汇聚系统位于一个封装箱体(7)内，封装箱体(7)上设置有可对封装箱体内部抽真空的抽真空装置(8)。
7.按照权利要求1所述的组合式激光切割器，其特征在于：所述光通道包括有一个内管(6)，内管(6)下端与切割嘴(4)上的开孔相通，内管(6)上端与透镜系统密封连接，内管的内腔通过进风管(9)与压缩气源连接；所述内管(6)外围套有一个外管(12)，外管(12)上设置有与冷却液循环系统连接的冷却液进口(13)和冷却液出口(14)，外管(12)的其他部分封闭。
8.按照权利要求7所述的组合式激光切割器，其特征在于：所述外管(12)与内管(6)之间连接有纵向的加强筋板(15)。
9.按照权利要求1所述的组合式激光切割器，其特征在于：所述切割嘴(4)外围套有一个注水腔(18)，注水腔(18)上设置有与冷却液循环系统连接的冷却液进口(19)和冷却液出口(20)，注水腔(18)的其他部分封闭。
10.按照权利要求1所述的组合式激光切割器，其特征在于：所述第一凸透镜与入射光源之间设置有可打开或遮蔽入射光源的移动挡板(16)，所述移动挡板(16)由气缸(17)驱动。
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