CN104625427B - 激光器及其激光切割头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光器及其激光切割头，具有激光束入口，包括：顶盖，为两端开口的结构；挡气环，插设于顶盖内，挡气环上设有排气件，排气件包括至少一个贯穿挡气环的外壁与内壁的排气孔；聚焦镜，位于顶盖远离激光束入口的一端；其中，挡气环与顶盖之间形成有环形气道，顶盖的外壁上设有进气孔，且进气孔与环形气道连通，每一排气孔与环形气道连通。上述激光切割头对聚焦镜片具有较好防尘及冷却效果，能提高透射率及加工质量。

Description

激光器及其激光切割头
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种激光器及其激光切割头。
背景技术
激光加工的两个最重要的参数是激光输出功率及光束质量，其中激光切割头内部聚焦镜片的性能对输出功率和光束质量影响最大。对激光切割头而言，切割头聚焦镜防尘密封、冷却性能将严重影响聚焦镜的性能(包括发热、透射率等)。
发明内容
基于此，有必要提供一种对聚焦镜具有较好防尘及冷却效果的激光器及其激光切割头。
一种激光切割头，具有激光束入口，包括：
顶盖，为两端开口的结构；
挡气环，插设于所述顶盖内，所述挡气环上设有排气件，所述排气件包括至少一个贯穿所述挡气环的外壁与内壁的排气孔；及
聚焦镜，位于所述顶盖远离所述激光束入口的一端；
其中，所述挡气环与所述顶盖之间形成有环形气道，所述顶盖的外壁上设有进气孔，且所述进气孔与所述环形气道连通，每一排气孔与所述环形气道连通。
在其中一个实施例中，所述挡气环与所述顶盖通过过盈配合连接。
在其中一个实施例中，所述顶盖的内壁内陷形成有环形凹槽，所述挡气环与所述环形凹槽配合形成所述环形气道；
或者，所述挡气环的外壁内陷形成环形凹槽，所述顶盖与所述环形凹槽配合形成所述环形气道；
或者，所述顶盖的内壁及所述挡气环的外壁分别内陷形成有环形凹槽，两个环形凹槽对接形成所述环形气道。
在其中一个实施例中，所述排气件的数目为多个，所述多个排气件沿所述挡气环的周向均匀分布于所述挡气环上。
在其中一个实施例中，所述排气孔为斜孔，所述排气孔位于所述挡气环外壁上的一端为进气端，所述排气孔位于所述挡气环内壁上的一端为出气端，所述进气端远离所述聚焦镜，所述出气端靠近所述聚焦镜。
在其中一个实施例中，所述排气孔的中心线与所述挡气环的中心线之间的夹角为满足，自所述排气孔喷射至所述聚焦镜上的气体分布在距离所述聚焦镜中心2/3的位置。
在其中一个实施例中，所述进气端呈圆形，直径为1.5mm～3.0mm，所述出气端的形状及大小与所述进气端相同。
在其中一个实施例中，所述排气件包括多个等间距排列的排气孔，以所述挡气环的中心线上的点为圆心，所述排气件中的相邻两个排气孔的进气端的中心点确定的圆心角为5°～10°。
在其中一个实施例中，所述排气件的数目为4个，所述4个排气件沿所述挡气环的周向均匀分布于所述挡气环上，每一排气件包括3个所述排气孔。
一种激光器，包括上述的激光切割头。
上述激光切割头工作时，向进气孔通入气体，气体经环形气道扩散形成均匀压力分布，再由排气孔吹入激光束入口与聚焦镜之间的空间(内部腔体)内，并于该内部腔体内形成正压环境，气体可以由激光束入口流出，从而可以有效防止空气中的粉尘自激光束入口进入至该内部腔体内，进而可以有效防止聚焦镜受到污染。而且进入内部腔体内的气体可以冷却聚焦镜，从而保证聚焦镜具有正常工作温度(相对较低的温度)。因此上述激光切割头对聚焦镜片具有较好防尘及冷却效果，能提高透射率及加工质量。
附图说明
图1为一实施方式中的激光切割头的结构示意图；
图2为图1中的挡气环的结构示意图；
图3为图2中的挡气环的剖视图；
图4为图2中的挡气环的截面图；
图5为聚焦镜冷却气路流线图。
具体实施方式
如图1所示，一实施方式中的激光切割头10，包括顶盖100、挡气环200及聚焦镜300。其中，激光切割头10具有激光束入口(图未示)。
在本实施方式中，激光切割头10用于二氧化碳激光器中，可以理解，在其他实施方式中，激光切割头10可以用于光纤等其他类型的激光器中。
顶盖100为两端开口的结构。
挡气环200插设于顶盖100内。挡气环200上设有排气件210。排气件210包括至少一个贯穿挡气环200的外壁与内壁的排气孔212。
聚焦镜300位于顶盖100远离激光束入口的一端。当上述激光切割头10工作时，激光束经激光束入口进入顶盖100内，再传输至聚焦镜300上。
其中，挡气环200与顶盖100之间形成有环形气道400，顶盖100的外壁上设有进气孔110，进气孔110与环形气道400连通，每一排气孔212与环形气道400连通。
在本实施方式中，顶盖100的内壁内陷形成有环形凹槽120，挡气环200与环形凹槽配120合形成环形气道400，进气孔110与环形凹槽120连通。可以理解，在其他实施方式中，挡气环的外壁也可以内陷形成环形凹槽，顶盖与环形凹槽配合形成环形气道，进气孔与环形气道连通。可以理解，在其他实施方式中，顶盖的内壁及挡气环的外壁分别内陷形成有环形凹槽，两个环形凹槽对接形成环形气道，进气孔与环形气道连通。
上述激光切割头10工作时，向进气孔110通入气体，气体经环形气道400扩散形成均匀压力分布，再由排气孔212吹入激光束入口与聚焦镜300之间的空间(内部腔体)内，并于该内部腔体内形成正压环境，气体可以由激光束入口流出，从而可以有效防止空气中的粉尘自激光束入口进入至该内部腔体内，进而可以有效防止聚焦镜300受到污染。而且进入内部腔体内的气体可以冷却聚焦镜300，从而保证聚焦镜300具有正常工作温度(相对较低的温度)。因此上述激光切割头10对聚焦镜片300具有较好防尘及冷却效果，能提高透射率及加工质量。
进一步，在本实施方式中，挡气环200与顶盖100通过过盈配合连接，装配简单且可拆卸。
进一步，在本实施方式中，排气件210的数目为多个，多个排气件210沿挡气环200的周向均匀分布于挡气环200上。气体先经环形气道400扩散形成均匀压力分布，再经均匀分布于挡气环200上多个排气件210进入内部腔体内，从而可以使得气体均布于聚焦镜300表面，能进一步提高透射率及加工质量。
进一步，在本实施方式中，排气孔212为斜孔。排气孔212位于挡气环200外壁上的一端为进气端2122，排气孔212位于挡气环200内壁上的一端为出气端2124，进气端2122远离聚焦镜300，出气端2124靠近聚焦镜300。由于排气孔212为斜孔，从而气体可以直接从排气孔212吹到聚焦镜300表面。
进一步，在本实施方式中，如图3所示，排气孔212的中心线与挡气环200的中心线之间的夹角用字母b表示。排气孔212的中心线与挡气环200的中心线之间的夹角为满足，自排气孔212喷射至聚焦镜300上的气体分布在距离聚焦镜300中心2/3的位置。从而能进一步保证聚焦镜300保持正压及均匀冷却。
排气孔212不宜过小，过小的排气孔212容易造成环形气道400阻力增大，气体由小流道(环形气道400)进入内部腔体后形成强烈湍流，造成气体流动方向与设计方向产生偏差。排气孔212不宜过于密集，过于密集会提高加工成本，局部加工偏差可能会引起气流紊乱。综合设计性能及实际加工要求，排气孔212的大小及数目具体如下：
进气端2122呈圆形，直径为1.5mm～3.0mm。如图3所示，进气端2122的直径用字母a表示。出气端2124的形状及大小与进气端2122相同。从而排气孔212的大小能兼顾压力损失、喷射行程及喷射方向等设计要求。
每一排气件210包括多个等间距排列的排气孔212。以挡气环200的中心线上的点为圆心，每一排气件210中的相邻两个排气孔212的进气端2122的中心点确定的圆心角为5°～10°，其中，挡气环200的中心线上的圆心与排气孔212的进气端2122的中心点共平面。进一步，在本实施方式中，排气件210的数目为4个，每一排气件210包括3个排气孔212。如图4所示，每一排气件210中的相邻两个排气孔212的中心点确定的圆心角分别用字母c1及c2表示。从而排气孔212的数目以及每一排气件210中的相邻两个排气孔212之间的间隔距离，兼顾能加工、喷射行程及喷射方向等设计要求。
图5为本发明的激光切割头10的聚焦镜300冷却气路气体流线图，由于气体有一定的压力，冷却气路气体沿设定路径达到聚焦镜300上表面设计位置并保证理想的压力范围，应用本发明激光切割头10工作稳定，污染明显减小，激光切割头10稳定性及切割效果明显提升。
本发明的激光切割头10的焦点稳定，应用本发明的激光切割头10加工的工件断面质量较好，加工断面光滑细腻。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种激光切割头，具有激光束入口，其特征在于，包括：
顶盖，为两端开口的结构；
挡气环，插设于所述顶盖内，所述挡气环上设有排气件，所述排气件包括至少一个贯穿所述挡气环的外壁与内壁的排气孔；及
聚焦镜，位于所述顶盖远离所述激光束入口的一端；
其中，所述挡气环与所述顶盖之间形成有环形气道，所述顶盖的外壁上设有进气孔，且所述进气孔与所述环形气道连通，每一排气孔与所述环形气道连通，所述排气孔为斜孔，所述排气孔位于所述挡气环外壁上的一端为进气端，所述排气孔位于所述挡气环内壁上的一端为出气端，所述进气端远离所述聚焦镜，所述出气端靠近所述聚焦镜。
2.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述挡气环与所述顶盖通过过盈配合连接。
3.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述顶盖的内壁内陷形成有环形凹槽，所述挡气环与所述环形凹槽配合形成所述环形气道；
或者，所述挡气环的外壁内陷形成环形凹槽，所述顶盖与所述环形凹槽配合形成所述环形气道；
或者，所述顶盖的内壁及所述挡气环的外壁分别内陷形成有环形凹槽，两个环形凹槽对接形成所述环形气道。
4.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述排气件的数目为多个，所述多个排气件沿所述挡气环的周向均匀分布于所述挡气环上。
5.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述排气孔的中心线与所述挡气环的中心线之间的夹角为满足，自所述排气孔喷射至所述聚焦镜上的气体分布在距离所述聚焦镜中心2/3的位置。
6.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述进气端呈圆形，直径为1.5mm～3.0mm，所述出气端的形状及大小与所述进气端相同。
7.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述排气件包括多个等间距排列的排气孔，以所述挡气环的中心线上的点为圆心，所述排气件中的相邻两个排气孔的进气端的中心点确定的圆心角为5°～10°。
8.根据权利要求7所述的激光切割头，其特征在于，所述排气件的数目为4个，所述4个排气件沿所述挡气环的周向均匀分布于所述挡气环上，每一排气件包括3个所述排气孔。
9.一种激光器，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的激光切割头。
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