CN105745050A - 适于机床的激光切割头 - Google Patents

Abstract

激光切割头(1)，其借助于光传输装置由激光发射装置供能并可与切割机床相关联，该激光切割头包括：准直装置(2)，用于准直由激光发射装置所发出的激光束；聚焦装置，用于将从准直装置(2)发出的准直激光束聚焦；壳体(4)，用于接收和容纳聚焦装置；支撑装置，用于将聚焦装置接收和保持在壳体(4)的空腔内并可沿调节方向(X)移动，以改变从聚焦装置发出的激光束的焦点；激光切割头(1)还包括：冷却单元(10)，其包括至少一个珀耳帖单元和散热元件；热传导性连接装置，其布置成将支撑装置连接到冷却单元(10)以便刚性地链接所述支撑装置和所述冷却单元，并且通过热传导从支撑装置和从聚焦装置提取经过聚焦装置时由激光束产生的热量；及移动元件(37)，其支撑热传导性连接装置和/或冷却单元(10)，并可滑动地联接到壳体(4)的外壁(4a)，且可沿着调节方向(X)移动，以便使得支撑装置和聚焦装置移动。

Description

适于机床的激光切割头

技术领域

本发明涉及适于切割机床的激光切割装置，以及具体涉及将用在适于金属片材的切割/冲压机床中的光纤激光切割系统中的激光切割头。

背景技术

使用激光系统对部件进行切割、雕刻和焊接是众所周知的，并在用于处理金属片材和板材的机床领域内广泛地应用。

激光装置通过激发的发射过程而发出集中成具有极高发光度(亮度)的直线光束的相干单色光线。将大量的能量集中在非常小的点内的可行方案使得激光装置能够对金属进行切割、雕刻和焊接。金属材料的切割通常通过汽化发生，并且特别是通过融合发生。在该后一情况下，激光束将金属小点熔融，并且通过鼓风或喷射气流将熔融的金属(浮渣)去除。

不同类型的激光源可用于生成适于切割金属的光束。通常情况下，使用气体(二氧化物、一氧化碳、二氧化碳)和固态(二极管、掺杂玻璃、纤维)激光器。

在机床中，由于切割金属片材以及特别是厚金属片材所需的高能量水平，激光发射装置的尺寸和重量使其难以定位在机器上。激光束由激光切割头或聚焦头聚焦在工件上，所述激光切割头或聚焦头通过光学链(在二氧化碳激光器中)或传输光纤(光纤，例如在YAG二极管激光器中)连接到所述发射装置。由于其降低的尺寸和重量，激光切割头实际上可由机床以一定的精度和速度移动以便切割工件。

在所谓的光纤激光切割系统中，其中光纤线缆用于将激光束传输到所述切割头，后者即所述切割头通常包括光准直器，其将离开光纤的光束会聚到聚焦单元上，所述聚焦单元能够将准直激光束聚焦到工件上以便进行切割。

聚焦的激光束通过切割喷嘴离开聚焦头，所述切割喷嘴将用于去除由金属融合所产生浮渣的鼓风或喷射气流集中，并限制浮渣到达聚焦单元的可能性。聚焦单元允许将激光束集中，即将其焦点或聚焦点定位在工件表面上的给定点上以便切割或立即到达该表面下方。焦点的正确定位是集中激光束的全功率和正确地切割材料所必要的。

聚焦单元通常包括安装在透镜保持器滑动件或滑架上的聚焦透镜，所述透镜保持器滑动件或滑架能够沿着平行于激光束方向的调节方向移动，以使后者即激光束可被聚焦。更精确地，透镜保持器滑动件通过相应的致动器移动，所述致动器根据切割头和工件表面之间的距离受到控制，所述距离由安装在切割头上的适当的传感器测量。工件的表面(例如大的金属片材)实际上通常是不规则的、不平坦的，和弯曲的。

聚焦透镜和相对的透镜保持器滑动件容纳在密封的容器或壳体内，以防止污染物和外来元素进入，污染物和外来元素可能弄脏透镜，从而改变其光学特性。

提供冷却系统，以便冷却切割头以及尤其是冷却聚焦透镜。穿过透镜的激光束的能量的一小部分实际上由于不同的原因而被吸收并转化成热量，主要是因为光学器件(涂层和基材)并非绝对透明。通过长期使用所产生的热量会导致整个切割头特别是聚焦透镜的温度上升。这种温度上升会导致透镜本身折射率的变化，因此会导致焦点偏移。通常被称为“热焦点偏移”的这种现象使得切割系统不能将激光束聚焦在工件表面上的所需的最佳点内，并使得其切割特性随之恶化，以至于到根本不能进行切割的程度。

温度上升也可能会损坏通常设置在透镜表面上的保护层，从而使得透镜的光学特性进一步变化。

为了解决该问题，已知一种冷却系统，其将气体(通常为氮气)在受控的温度下引入到聚焦头内，使得所述气体流过整个聚焦透镜，从而冷却所述透镜。

包含聚焦单元的壳体的外部冷却实际上不足以保证聚焦透镜的充分冷却。

然而使用气流的冷却系统缺点是需要使用不含污染元素的昂贵气体。气体中所含的污染性或外来的粒子或元素会沉积在聚焦透镜上，从而不仅导致光学器件的折射率的变化，而且导致激光束能量的吸收，因此导致用于切割的功率降低。

此外，这样的系统制造起来是相当复杂和昂贵的，并且需要定期维护。

JP2012091191公开了一种激光加工设备，其包括：激光发射单元，其设有用于产生激光束的激光产生装置；设有检流计扫描仪的激光头，其用于将从激光发射单元输出的激光束发射到工件上；以及光纤线缆，其用于将激光束从激光发射单元传输到激光头。光纤线缆设有头连接器，其可拆卸地附接到激光头。头连接器设有光束扩展器，其包括散射透镜和会聚透镜，所述散射透镜用于将从光纤线缆发射的激光束散射，而会聚透镜用于将从散射透镜发射的激光束会聚成为平行光束。

US20080030823公开了一种方法和装置，其用于将从激光振荡器输出的激光束通过透镜聚焦并照射物体。该装置包括用于将从激光振荡器输出的激光束进行反射的反射镜和用于聚焦激光束并照射物体的聚光透镜。因为聚光透镜的焦距可由于温度的变化而改变，当在照射停止之后激光束的照射被重新启动时，包含聚光透镜的透镜管通过设有珀耳帖(Peltier)装置的温度控制装置进行加热或冷却。

US6198579公开了一种物镜，其具有光学元件，特别是透镜，适于在半导体显微光刻中使用的投影曝光装置。该物镜设有冷却装置，所述冷却装置用于校正由于光学元件中的加热效应、特别是由于在光学元件中的非旋转对称的温度分布而导致的图像误差。冷却装置包括若干珀耳帖元件，所述珀耳帖元件布置在所述光学元件中的至少一个上，分布在其周边上，并不同地电驱动以便作用于光学元件中的温度分布。

发明内容

本发明的一个目的在于改进现有的适于切割机床的激光切割头，特别是改进用于光纤激光切割系统的切割头。

另一个目的在于提供一种激光切割头，其设有能够确保聚焦装置的有效和最佳冷却的冷却系统。

进一步的目的在于获得一种激光切割头，其设有具有简单和经济构造且有效和可靠操作的冷却系统。

再一个目的在于提供一种激光切割头，其允许即使经过长时间和密集的使用之后，也能够维持激光束的焦点处于固定位置。

在本发明的第一方面中，提供如权利要求1中所限定的激光切割头。

根据本发明该方面的激光切割头可通过使用光传输装置的激光发射装置来供给，并且可与切割机床相关联。激光切割头包括：准直装置，其用于准直由发射装置所生成的激光束；聚焦装置，其用于将离开准直装置的准直激光束聚焦；以及壳体，其用于容纳和包含设有聚焦透镜和支撑装置的聚焦装置，所述支撑装置用于容纳聚焦透镜并使得后者即聚焦透镜沿着调节方向移动，以改变所发射的激光束的焦点。激光切割头包括：冷却单元，其在外部关联到所述壳体并设置有一个或多个珀耳帖单元和散热元件；和热传导性连接装置，其布置成将支撑装置连接到冷却单元以便刚性地链接所述支撑装置和所述冷却单元，并且通过热传导从所述支撑装置和聚焦透镜提取经过聚焦透镜时由激光束所产生的热量。支撑装置和热传导性连接装置由热传导性材料、优选热传导率较高的材料制成。

激光切割头还包括移动元件，所述移动元件支撑所述热传导性连接装置和冷却单元，并且可滑动地联接到所述壳体的外壁，可沿着所述调节方向移动，以便使得所述支撑装置和所述聚焦装置移动从而调节激光束的焦点。

热传导性连接装置包括第一连接元件和第二连接元件，这两者都由热传导性材料制成，其中第一连接元件具有第一端部和第二端部，其中第一端部固定到所述支撑装置并保持所述支撑装置，而第二端部固定到第二连接元件，所述第二连接元件连接到珀耳帖单元的冷侧。珀耳帖单元的热侧连接到散热元件。

在激光切割头的操作过程中，激光束的通过在聚焦透镜中产生的热量由支撑装置和热传导性连接装置转移并传送到珀耳帖单元，所述珀耳帖单元通过直流电流或PWM(脉冲宽度调制)电流被适当地供电并受到控制，并将该热量转移到散热元件。珀耳帖单元通过去除热量而允许控制所述聚焦透镜的温度，特别是防止后者即所述聚焦透镜过热，而过热将导致其折射率的变化，从而导致不受控制的焦点偏移。

要注意到的是，热传导性连接装置和移动元件使得能够既控制聚焦透镜的温度(通过珀耳帖单元)以及又使得所述支撑装置和聚焦透镜(连同冷却单元一起)沿着调节方向移动以便调节激光束的焦点。

在本发明的第二方面中，提供如权利要求13中所限定的一种激光切割头。

根据本发明该方面的激光切割头可通过使用光传输装置的激光发射装置来供给，并且可与切割机床相关联。该激光切割头包括：准直装置，其用于准直由发射装置所生成的激光束；聚焦装置，其用于将离开准直装置的准直激光束聚焦；以及壳体，其用于容纳和包含设有聚焦透镜和支撑装置的聚焦装置，所述支撑装置用于容纳聚焦透镜并使得后者即聚焦透镜沿着调节方向移动，以改变所发射的激光束的焦点。该激光切割头包括：冷却单元，其在外部固定到所述壳体并设置有一个或多个珀耳帖单元和散热元件；和热传导性连接装置，其布置成将支撑装置连接到冷却单元以便通过热传导从所述支撑装置和聚焦透镜提取经过聚焦透镜时由激光束所产生的热量。为此目的，支撑装置和热传导性连接装置由热传导性材料、优选热传导率较高的材料制成。热传导性连接装置包括连接到珀耳帖单元冷侧的至少一个挠性热传导性元件，而散热元件连接到珀耳帖单元的热侧。

在激光切割头的操作过程中，由激光束的通过在聚焦透镜中产生的热量由支撑装置和热传导性连接装置转移并传送到珀耳帖单元，所述珀耳帖单元通过直流电流或PWM(脉冲宽度调制)电流被适当地供电和控制并将该热量转移到散热元件。作为热泵工作的珀耳帖单元通过去除热量而允许控制所述聚焦透镜的温度，特别是防止后者即所述聚焦透镜过热，而过热将导致其折射率的变化，从而导致不受控制的焦点偏移。

要注意的是由于热传导性连接元件的挠性，在操作过程中所述支撑装置和聚焦透镜可通过珀耳帖单元被有效地冷却，同时它们可沿着调节方向在壳体内自由地移动以便调节激光束的焦点。

在本发明中公开的激光切割头的冷却系统(冷却单元、热传导性连接装置和支撑装置)的热效率比得上通过对流将热量从透镜去除的已知的气体冷却系统的热效率。

由于特有的冷却系统，本发明的激光切割头防止聚焦透镜在操作过程中的“热焦点偏移”的现象，即使在长时间和密集使用的情况下也允许激光束相对于工件表面聚焦在所需最佳点上，确保实现有效和精确的切割。温度控制和调节也防止对聚焦透镜的保护性表面层的损伤。

附图说明

本发明可通过非限制性示例的方式参照图示出本发明实施例的附图更好地理解和实施，其中：

-图1是本发明的激光切割头的第一实施例的透视图；

-图2是图1所示激光切割头的视图，没有冷却单元以便更好地示出聚焦装置；

-图3是图1所示激光切割头的分解视图；

-图4是与图1所示激光切割头的聚焦装置和支撑装置相关联的冷却单元的透视图；

-图5是图4所示的冷却单元、聚焦装置和支撑装置的前视图；

-图6是图4所示的冷却单元、聚焦装置和支撑装置的侧视图；

-图7是图4所示的冷却单元、聚焦装置和支撑装置的俯视图；

-图8是与聚焦装置和支撑装置相关联的本发明的激光切割头的冷却单元的一个变型的透视图；

-图9是图8所示的冷却单元、聚焦装置和支撑装置的前视图；

-图10是图8所示的冷却单元、聚焦装置和支撑装置的侧视图；

-图11是图8所示的冷却单元、聚焦装置和支撑装置的俯视图；

-图12是本发明的激光切割头的第二实施例的透视图；

-图13是图12所示激光切割头的分解视图；

-图14是图12所示激光切割头的另一分解视图；

-图15是图12所示激光切割头的一个变型的透视图；

-图16是图15所示激光切割头的分解视图；

-图17是与图15所示的激光切割头的聚焦装置和支撑装置相关联的冷却单元的透视图；

-图18是与图15所示的激光切割头的聚焦装置和支撑装置相关联的冷却单元的一个变型的俯视图。

具体实施方式

参照图1至7，示出根据本发明第一实施例的激光切割头1，其布置成借助于光传输装置由为已知类型的在图中未示出的激光发射装置来供能，并能够与切割机床相关联。具体地，发射装置是固态激光器激发发射类型的，以及光传输装置包括适于将由所述发射装置产生的激光束输送到激光切割头1的光纤线缆。

激光切割头1包括：用于准直由所述激光发射装置所产生的激光束的准直装置2；用于聚焦离开准直装置2的准直激光束的聚焦装置5；和用于包含和容纳聚焦装置5的壳体4。

激光切割头1还包括切割喷嘴18，其通过光学定心环形螺母19固定到壳体4并且聚焦的激光束通过其射出。切割喷嘴18将成股气流或喷射气流集中以用于将由工件融合所产生的浮渣去除，同时限制这种浮渣到达壳体4的内部和聚焦装置5的可能性。

所述准直装置2是已知类型的，并且包括一组透镜和反射镜，其能够将来自光纤的激光束会聚和准直成朝向聚焦装置5指向的直线激光束。

聚焦装置包括至少一个聚焦透镜5。

激光切割头1还包括支撑装置6，其布置成接收和保持聚焦透镜5，并且该支撑装置可沿着调节方向X在壳体4内移动，以允许调节从聚焦透镜5射出的激光束的焦点或聚焦点。

所述支撑装置包括支撑元件6，其基本上用作适于聚焦透镜5的滑架或滑动件，并且被容纳在壳体4的空腔21内，在所述空腔21中所述支撑元件6通过驱动装置9可沿着所述调节方向X滑动地移动。

驱动装置9例如包括线性电致动器或滚珠丝杠，其由旋转电动马达操作并联接到被连接到支撑元件6的相对丝杠。驱动装置9固定到壳体4并且通过在壳体4的侧壁4b中形成的开口连接到所述支撑元件6。

支撑元件6包括适于接收和锁定聚焦透镜5的座7。

激光切割头1还包括：冷却单元10，其从外部固定到壳体4；热传导性连接装置11，其布置成将所述支撑装置6连接到冷却单元10，以便通过热传导从支撑元件6和聚焦透镜5提取热量，所述热量由激光束通过所述聚焦透镜5时产生。为此目的，支撑元件6由热传导性材料制成，优选为高热传导性材料，诸如铝合金或黄铜，以便允许热量从聚焦透镜5转移。

热传导性连接装置11包括至少一个挠性热传导性元件，其由高热传导性材料、例如铜编织带和/或石墨涂布的带制成。

在图中所示的实施例中，挠性热传导性元件11包括主体部分11a，其固定到冷却单元10，从该主体部分离出两个细长部分11b固定到支撑元件6的相对侧。

在未示出的实施例中，挠性热传导性元件11除了主体部分11a之外可包括单个细长部分11b。

要注意的是，热传导性元件11的挠性决不会在激光切割头1的操作过程中防碍支撑元件6沿着调节方向X移动，同时热传导性元件11的热传导性材料确保从聚焦透镜5进行最佳的热提取。

冷却单元10包括至少一个珀耳帖单元12和散热元件13。

挠性热传导性装置11连接到珀耳帖单元12的冷侧12a，而散热元件13连接到珀耳帖单元12的热侧12b。

珀尔帖单元是热电装置，其用作固态热泵并且通常具有薄板的外观：板的两侧或两面中的一个吸收热量，而另一个发出热量。热量被传递的方向取决于在该板端部处所施加的直流电流的方向。更确切地，珀耳帖单元由多个串联布置的珀耳帖结构成以形成薄板。该结由两个掺杂半导体形成，一个N型以及一个P型，通过形成板的外面或外侧的两个相对的铜片连接在一起。通过将相反电压的直流电流施加到半导体材料，可以冷却板的一侧或一面，同时加热相对侧，从而在板的两侧之间传递热能。通过使得供给到半导体材料的电流的电压反相可使得热能传递反向。

在冷却单元10中使用的珀耳帖单元12为已知类型的。

激光头1包括盖16，其由热传导性材料、优选热传导率较高的材料，诸如铝合金或黄铜制成，以封闭壳体4的开口17，所述开口17提供通路到支撑元件6和聚焦透镜5在其中移动的空腔21。

在图3所示的实施例中，珀耳帖单元12的冷侧12a固定到盖16的外壁，以及挠性的热传导性元件11固定到盖16的内壁。

备选地，挠性热传导性元件11可通过设置在盖16(图4至图7)中的相应开口直接固定到珀耳帖单元的冷侧12a。

仍然是备选地，珀耳帖单元12的冷侧12a可固定到壳体4的外壁4a，例如前壁，以及挠性热传导性元件11可通过相应的开口直接固定到冷侧12a，所述开口设置在壳体4内并提供通路到空腔21。

在未示出的切割头变体中，冷却单元10包括多个串联和/或并联布置的珀耳帖单元12。

散热元件13包括主体，该主体由热传导率较高的材料诸如铝合金制成，其设有多个冷却导管14，所述冷却导管14允许空气通过，特别是通过对流，以便冷却所述主体本身。在示出的实施例中，散热元件13具有平行六面体的形状并具有多个冷却导管14，所述冷却导管14并排布置并沿着长度方向延伸，例如平行于调节方向X。

珀耳帖单元12的热侧12b固定到散热元件13的后壁。

热传导性粘合剂可用于将热传导性连接装置11固定到支撑装置6和珀耳帖单元12。更精确地，热传导性粘合剂用于将热传导性连接装置11固定到支撑元件6和盖16和/或珀耳帖单元的冷侧12a，以及用于将珀耳帖单元的相对侧12a、12b固定到盖16和散热元件13。

图8至图11示出冷却单元10的一个变体，其包括进气装置15，所述进气装置15布置成用于将冷却流体引入到所述冷却导管14内，以便增加热交换(强制对流)和更迅速有效地冷却珀耳帖单元的热侧12b。进气装置15例如包括一对喷嘴，其被供以压缩空气并且能够将所述压缩空气引入到冷却导管14内。转向元件20允许从喷嘴15出来的压缩空气流被引导到冷却导管14内，使得冷却流体(即压缩空气)离开朝向工件指向的热交换元件13。

在本发明的激光切割头1的操作过程中，由于从准直装置3发出的激光束的通过而在聚焦透镜5中产生的热量(由透镜的非绝对透明度产生的热量)被转移和传递到支撑元件6、热传导性连接装置11和珀耳帖单元12的冷侧12a。以这种方式，在激光切割头1的操作过程中，热量从聚焦透镜5传递到珀耳帖单元12，而该珀耳帖单元将热量传递到散热元件13(固定到珀耳帖单元12的热侧12b)。

要注意的是在激光切割头1的操作过程中，聚焦透镜5将热量传递到支撑元件6，该支撑元件将热量传递到挠性热传导性元件11。由作为热泵工作的珀耳帖单元12操作的热提取允许控制聚焦透镜5的温度，特别是防止透镜5的过热，而过热会导致透镜折射率随之变化，因此导致焦点偏移。

通过调节给珀尔帖单元12供电的直流电流的强度和电压，能够在操作过程中以精确和可靠的方式控制聚焦透镜5的温度。

由于特殊的冷却系统，本发明的激光切割头1在操作过程中甚至在是长时间且密集的使用之后允许避免聚焦透镜5的热焦点偏移，因此将以一定的切割精度和效率将激光束相对于工件表面聚焦在所需和最佳点内。

温度控制和调节允许避免聚焦透镜5的保护性表面层的损伤。

要注意的是由于热传导性连接元件的挠性，支撑装置和聚焦透镜可由珀耳帖单元有效地冷却，同时它们沿着调节方向在所述壳体内移动以便调节激光束的焦点。

在本发明中公开的激光切割头的冷却系统(冷却单元、热传导性连接装置和支撑装置)的热效率比得上通过对流将热量从透镜去除的已知气体冷却系统的热效率。

参考图12至图14，示出根据本发明第二实施例的激光切割头1，其布置成借助于光学传输装置由激光发射装置供能，并能够与切割机床相关联。

激光切割头1包括：用于准直由所述激光发射装置所产生的激光束的准直装置2；用于聚焦离开准直装置2的准直激光束的聚焦装置5；和用于包含和容纳聚焦装置5的壳体4。

激光切割头1还包括切割喷嘴18，其例如通过环形螺母19固定到壳体4并且聚焦的激光束通过其射出。

所述准直装置2是已知类型的，并且可包括一组透镜，其能够将来自光传输装置的激光束会聚和准直成直线激光束。反射镜可设置成用于将激光束朝向包括至少一个聚焦透镜5的聚焦装置5重新定向。

激光切割头1包括支撑装置6，其布置成用于将所述聚焦透镜5接收和保持在所述壳体4的空腔21内，并且可沿着调节方向X移动以便改变从所述聚焦装置5发出的所述激光束的焦点或聚焦点。

空腔21设有通路开口17。

支撑装置包括支撑元件6，其设有适于接收和保持聚焦透镜5的座7。

激光切割头1还包括：冷却单元10，其从外部相关联到壳体4，并设有至少一个珀耳帖单元12和散热元件13；以及热传导性连接装置31，其布置成将所述支撑装置6连接到冷却单元10，以便刚性地链接所述支撑装置6和所述冷却单元10，以及通过热传导从支撑元件6和聚焦透镜5提取热量，所述热量由激光束通过所述聚焦透镜5时产生。为此目的，支撑元件6由热传导性材料制成，优选为高热传导性材料，诸如铝合金或黄铜。

珀尔帖单元12包括连接到热传导性连接装置31、32的冷侧12a以及连接到散热元件13的热侧12b。散热元件13具有由高热传导性材料诸如铝合金制成的主体，并设有多个冷却导管14，其允许空气通过，特别是通过自然对流或强制对流以便冷却主体本身。

冷却单元10也可包括多个并联和/或串联布置的珀耳帖单元12。

激光切割头1包括移动元件37，其支撑热传导性连接装置31和/或冷却单元10，并且可滑动地联接到壳体4的外壁4a，例如前壁，并且可沿着调节方向X移动以便使得支撑装置6和聚焦装置5移动。

驱动装置9固定到壳体4并且联接到移动元件37以便使得后者即移动元件沿着所述调节方向X移动。

热传导性连接装置包括第一连接元件31和第二连接元件32，两者都由热传导性材料、优选高热传导性材料诸如铝合金或黄铜制成。第一连接元件31设有第一端部和第二端部，第一端部固定到并且保持支撑元件6，以及第二端部固定到第二连接元件32，后者即第二连接元件连接到珀耳帖单元12，特别是连接到其冷侧12a。

第一连接元件31大致成形为细长支架或臂，其例如通过合适的紧固装置可拆卸地连接到第二连接元件32。第一连接元件31和第二连接元件32也可制成为一体的。

第二连接元件32具有扁平形状，其具有内表面和外表面，第一连接元件31紧固到内表面，以及外表面连接到珀耳帖单元12的冷侧12a。第二连接元件32的扁平形状和尺寸允许在热传导性连接装置31、32(连同支撑元件6和聚焦透镜5一起)和珀耳帖单元12之间的有效和高的热交换。

热传导性粘合剂可用于将第二连接元件32的外表面和珀耳帖单元12的冷侧12a相互固定。

移动元件37联接到第二连接元件32，以便使得后者即第二连接元件与第一连接元件31、支撑元件6、聚焦透镜5和冷却单元10一起移动。

备选地，移动元件37可直接支撑冷却单元10，而后者即冷却单元10可通过连接元件31、32对支撑元件6和聚焦透镜5进行支撑。

在图示的实施例中，移动元件37包括扁平元件，其可滑动地联接到壳体4的外壁4a，即前壁，并设有相应开口37a以提供通路到壳体4的空腔21。更精确地，移动元件37的开口37a允许连接元件31、32将冷却单元10刚性地连接到支撑元件6。

移动元件37具有连杆臂38，其联接到驱动装置9。后者即驱动装置9固定到壳体4的侧壁4b，并且例如包括线性电致动器或滚珠丝杠，其由旋转电动马达操作并连接到紧固到连杆臂38的相对丝杠。

在本发明的激光切割头1的操作过程中，由于从准直装置2发出的激光束的通过而在聚焦透镜5内产生的热量(由透镜的非绝对透明度产生的热量)被转移和传递到支撑元件6，被转移和传递到热传导性连接装置31、32、然后被转移和传递到珀耳帖单元12的冷侧12a。然后珀耳帖单元12将聚焦透镜的热量传递到固定于热侧12b的所述散热元件13。

因此，珀耳帖单元12允许控制聚焦透镜5的温度，特别是防止聚焦透镜5的过热，而过热会导致透镜折射率随之变化并由此导致焦点偏移。通过调节给珀尔帖单元12供电的直流或PWD(脉宽调制)电流的强度和电压，能够以精确和可靠的方式控制聚焦透镜5的温度。

由于特殊的冷却系统，本发明的激光切割头1在操作过程中甚至在是长时间且密集的使用之后也允许避免聚焦透镜5的热焦点偏移，因此将以一定的切割精度和效率将激光束相对于工件表面聚焦在所需和最佳点内。

温度控制和调节能够有助于防止聚焦透镜5的保护性表面层的损伤。

应该注意的是热传导性连接装置和移动元件使得能够既控制聚焦透镜的温度(通过珀耳帖单元)，又使得支撑装置和聚焦透镜沿着调节方向移动以便调节激光束的焦点。

此外，连接元件31、32可从移动元件37断开连接以允许将冷却单元10和支撑元件6连同聚焦透镜5一起容易且快速地从激光切割头1去除，以便进行维护和/或控制。

图15至图17示出激光切割头1的变型，其与图12至图14的第二实施例和上述的不同之处在于不同的热传导性连接装置41、42和移动元件47。

在该变型中，热传导性连接装置的第二连接元件42和移动元件47相互固定，以便形成扁平形状的元件，其内表面联接到热传导性连接装置的第一连接元件41，以及外表面连接到珀耳帖单元的冷侧12a。第二连接元件42和移动元件47也可以由热传导率较高的材料制成一体。

移动元件47具有连杆臂48，其联接到驱动装置9。

图18示出了本发明的激光切割头1的另一种变型，其中冷却单元10还包括进气装置15，其布置成用于将冷却流体引入到散热元件13的所述冷却导管14内以便增加热交换(强制对流)以及更迅速有效地冷却珀耳帖元件的热侧12b。进气装置15例如包括一对喷嘴，其被供以压缩空气并且能够将所述膨胀的空气引入到冷却导管14内。转向元件20允许从喷嘴15出来的压缩空气流被引导到冷却导管14内，使得冷却流体(即空气)离开热交换元件13。

Claims (28)

1.激光切割头，其借助于光传输装置由激光发射装置供能并且能够与切割机床相关联，所述激光切割头包括：

-准直装置(2)，其用于准直由所述激光发射装置所发出的激光束；

-聚焦装置(5)，其用于将从所述准直装置(2)发出的准直激光束聚焦；

-壳体(4)，其用于接收和容纳所述聚焦装置(5)；

-支撑装置(6)，其用于将所述聚焦装置(5)接收和保持在所述壳体(4)的空腔(21)内，并且所述支撑装置能够沿着调节方向(X)移动，以改变从所述聚焦装置(5)发出的所述激光束的焦点；

所述激光切割头(1)的特征在于其包括：

-冷却单元(10)，其包括散热元件(13)和至少一个珀耳帖单元(12)；

-热传导性连接装置(31，41；32，42)，其布置成将所述支撑装置(6)连接到所述冷却单元(10)以便刚性地链接所述支撑装置(6)和所述冷却单元(10)，并且通过热传导从所述支撑装置(6)和从所述聚焦装置(5)提取经过所述聚焦装置(5)时由所述激光束所产生的热量，其中所述支撑装置(6)由热传导性材料制成；

-移动元件(37；47)，所述移动元件支撑所述热传导性连接装置(31，41；32，42)和/或所述冷却单元(10)，并且可滑动地联接到所述壳体(4)的外壁(4a)，并且所述移动元件能够沿着所述调节方向(X)移动，以便使得所述支撑装置(6)和所述聚焦装置(5)移动。

2.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述热传导性连接装置(31，41；32，42)包括第一连接元件(31；41)和第二连接元件(32；42)，所述第一连接元件和所述第二连接元件都由热传导性材料制成，其中所述第一连接元件(31；41)具有第一端部和第二端部，其中第一端部固定到所述支撑装置(6)并保持所述支撑装置，而第二端部固定到所述第二连接元件(32；42)，所述第二连接元件连接到所述珀耳帖单元(12)。

3.根据权利要求2所述的激光切割头，其特征在于，所述移动元件(37；47)联接到所述第二连接元件(32；42)。

4.根据权利要求2或3所述的激光切割头，其特征在于，所述移动元件(37)设有相应的开口(37a)，该开口允许所述连接元件(31，32)连接所述支撑装置(6)和所述珀耳帖单元(12)。

5.根据权利要求3所述的激光切割头，其特征在于，所述第二连接元件(42)和所述移动元件(47)是一体的，并由热传导性材料制成。

6.根据权利要求2至5中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述第二连接元件(32；42)和/或所述移动元件(37；47)密封地封闭所述空腔(21)的开口(17)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述珀耳帖单元(12)包括连接到所述热传导性连接装置(31，32；41，42)的冷侧(12a)和连接到所述散热元件(13)的热侧(12b)。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，包括驱动装置(9)，其固定到所述壳体(4)并联接到所述移动元件(37；47)以便使得所述移动元件沿着所述调节方向(X)移动。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述聚焦装置包括至少一个聚焦透镜(5)。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述冷却单元(10)包括多个并联和/或串联布置的珀耳帖单元(12)。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述散热元件(13)包括多个冷却导管(14)，其用于空气通过，特别是通过对流使得空气通过。

12.根据权利要求11所述的激光切割头，其特征在于，包括进气装置(15)，其用于将冷却流体引入到所述冷却导管(14)内，特别是将压缩空气引入到所述冷却导管内。

13.激光切割头，其借助于光传输装置由激光发射装置供能并且能够与切割机床相关联，所述激光切割头包括：

-准直装置(2)，其用于准直由所述激光发射装置所发出的激光束；

-聚焦装置(5)，其用于将从所述准直装置(2)发出的准直激光束聚焦；

-壳体(4)，其用于接收和容纳所述聚焦装置(5)；

-支撑装置(6)，其用于将所述聚焦装置(5)接收和保持在所述壳体(4)的空腔(21)内，并且能够沿着调节方向(X)在所述空腔内移动，以改变从所述聚焦装置(5)发出的所述激光束的焦点；

所述激光切割头(1)的特征在于其包括：

-冷却单元(10)，其连接所述壳体(4)并包括至少一个珀耳帖单元(12)和散热元件(13)；

-热传导性连接装置(11)，其将所述支撑装置(6)连接到所述冷却单元(10)以便通过热传导从所述支撑装置(6)和从所述聚焦装置(5)提取经过所述聚焦装置(5)时由所述激光束所产生的热量，其中所述支撑装置(6)由热传导性材料制成，并且所述热传导性连接装置包括至少一个挠性的热传导性元件(11)，以便允许所述支撑装置(6)沿着所述调节方向(X)移动。

14.根据权利要求13所述的激光切割头，其特征在于，所述聚焦装置包括至少一个聚焦透镜(5)。

15.根据权利要求13或14所述的激光切割头，其特征在于，所述支撑装置包括支撑元件(6)，其容纳在所述空腔(21)内并在所述空腔内滑动，并且所述支撑元件由热传导性材料制成，特别是由高热传导率的材料诸如铝合金和/或黄铜制成。

16.根据权利要求13至15中的任一项所述的激光切割单元，其特征在于，包括驱动装置(9)，该驱动装置通过在所述壳体(4)的侧壁中形成的开口连接到所述支撑装置(6)，并且该驱动装置布置成使得所述支撑装置(6)沿着所述调节方向(X)移动。

17.根据权利要求13至17中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述挠性热传导性元件(11)包括铜编织带和/或石墨涂布的带。

18.根据权利要求13至18中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述挠性热传导性元件(11)包括主体部分(11a)，该主体部分布置成固定到所述冷却单元(10)，并且从所述主体部分分离出两个延伸部分(11b)，这两个延伸部分固定到所述支撑装置(6)的相对两侧。

19.根据权利要求13至18中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述珀耳帖单元(12)包括连接到所述热传导性连接装置(11)的冷侧(12a)和连接到所述散热元件(13)的热侧(12b)。

20.根据权利要求19所述的激光切割头，其特征在于，包括盖(16)，所述盖(16)由热传导性材料制成，且布置成封闭所述壳体(4)的开口(17)，所述开口(17)提供通路到所述空腔(21)和所述支撑装置(6)，所述珀尔帖单元(12)的所述冷侧(12a)固定到所述盖(16)的外壁。

21.根据权利要求20所述的激光切割头，其特征在于，所述热传导性连接装置(11)固定到所述盖(16)的内壁。

22.根据权利要求20所述的激光切割头，其特征在于，所述热传导性连接装置(11)通过所述盖(16)的相应开口直接固定到所述珀耳帖单元(12)的所述冷侧(12a)。

23.根据权利要求19所述的激光切割头，其特征在于，所述珀耳帖单元(12)的所述冷侧(12a)固定到所述壳体(4)的外壁(4a)，并且所述挠性热传导性元件(11)通过相应的开口直接固定到所述珀耳帖单元(12)的所述冷侧(12a)，所述相应的开口设置在所述壳体(4)内并提供通路到所述空腔(21)。

24.根据权利要求13至23中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述冷却单元(10)包括多个并联和/或串联布置的珀耳帖单元(12)。

25.根据权利要求13至24中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述热传导性装置(11)通过热传导性粘合剂固定到所述支撑装置(6)和所述珀耳帖单元(12)。

26.根据权利要求13至25中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所述散热元件(13)包括多个冷却导管(14)，其用于空气通过，特别是通过热对流使得空气通过。

27.根据权利要求26所述的激光切割头，其特征在于，包括进气装置(15)，其用于将冷却流体引入到所述冷却导管(14)内，特别是将压缩空气引入到所述冷却导管内。

28.切割机床和/或冲压机床，其包括根据权利要求1至12中的任一项或权利要求13至27中的任一项所述的至少一个激光切割头(1)。