CN109759723A - 一种激光切割头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光切割头，包括激光切割头本体、进光筒、折叠光路区；所述折叠光路区包括相对设置的变焦镜和凹面镜，所述变焦镜设置于进光筒的下方，所述凹面镜的下方设置有保护镜片，所述保护镜片由石英玻璃材质构成，所述凹面镜和变焦镜均由铜构成，所述凹面镜和变焦镜的内部设置有水循环回路；所述变焦镜背离凹面镜的一侧连接有用于进水的第一连接管和用于出水的第二连接管，所述凹面镜背离变焦镜的一侧与第二连接管连通，所述凹面镜背离变焦镜的一侧连接有用于将水排出的第三连接管，所述变焦镜连接有用于增加激光切割头本体内部气压的增压器。本发明具有容易调整焦点和缩短激光切割头的长度及重量的优点。

Description

一种激光切割头

技术领域

本发明涉及激光切割设备技术领域，具体涉及一种激光切割头。

背景技术

激光切割头是激光加工中的核心部件，激光切割是利用从激光器发射出的激光束，经激光切割头，聚焦成高功率密度的光斑照射到工件表面。聚焦在工件上光斑的能量密度越高对工件的切割效果越好。

现有的激光切割头一般包括激光输入接口、调节机构、切割气体保压装置、切割头几个部分，从上到下依次连接形成光通路，其中与激光输入接口连接的光学成像系统包括扩束镜和聚焦镜；调节机构包括光束与切割喷嘴喷孔同轴度以及激光焦点沿光轴方向与切割喷嘴相对位置的调节。

现有阶段的激光切割头采用传统垂直光路设计，切割头长度会随聚焦镜焦深长度的增大而增长，增加切割头设计的难度，并且不利于切割机床的设计。

中国专利申请号200610063566.4公开的激光切割机用切割头辅助气体通道设置在镜腔盒的侧壁上且位于调整机构的上方，即增加了机构的复杂性又增加了密封的复杂性，且容易出现密封圈老化出现漏气现象。

中国专利申请号201010113156.2公开的激光切割头调节机构是通过调整聚焦镜片的方法来调节焦点与切割头相对位置，运用调节镜片的方法很容易导致光斑偏移的现象，且调节困难。

中国专利申请号201310488178.0公开的光纤激光切割头通过调整聚焦镜片的方法来调节焦点与切割头相对位置，运用调节镜片很容易导致光斑偏移的现象，且调节困难。导气装置结构复杂增加了密封的复杂性，且密封圈老化出现漏气现象。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种激光切割头，其具有容易调整焦点和缩短激光切割头的长度及重量的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种激光切割头，包括激光切割头本体，所述激光切割头本体的顶部设置有与激光切割头本体连通的进光筒，所述激光切割头本体内设置有折叠光路区；

所述折叠光路区包括相对设置的变焦镜和凹面镜，所述变焦镜设置于进光筒的下方，所述凹面镜的下方设置有保护镜片，所述保护镜片由石英玻璃材质构成，所述凹面镜和变焦镜均由铜构成，所述凹面镜和变焦镜的内部设置有水循环回路；所述变焦镜背离凹面镜的一侧连接有用于进水的第一连接管和用于出水的第二连接管，所述凹面镜背离变焦镜的一侧与第二连接管连通，所述凹面镜背离变焦镜的一侧连接有用于将水排出的第三连接管，所述变焦镜连接有用于增加激光切割头本体内部气压的增压器。

通过采用上述技术方案，激光穿过进光筒射在变焦镜朝向凹面镜的一侧，通过折射反映到凹面镜朝向变焦镜的一侧，再通过凹面镜的折射穿过保护镜片从而聚焦在工件的表面。折叠光路区能够缩短激光切割头的长度及重量，而采用铜的设计能够避免对激光的吸收，进而不会引起发烫从而避免激光焦点的偏移。为了避免激光切割头工作工程中的升温问题，让水依次通过第一连接管、第二连接管和第三连接管，水在经过变焦镜和凹面镜时会带走热量，从而避免长期使用的升温问题。而需要调整激光焦点位置时，利用增压器，增大变焦镜内部的气压从而让变焦镜朝凹面镜的方向凸起，从而改变激光折射轨迹进而调整激光焦点位置。

本发明进一步设置为：所述凹面镜的外侧套设有安置环，所述安置环的周向设置有从动齿轮，所述从动齿轮啮合有主动齿轮，所述主动齿轮的轴心线处连接有微型电机。

通过采用上述技术方案，微型电机能够带动主动齿轮转动进而带动从动齿轮转动，从动齿轮的转动能够带动安置环转动进而带动凹面镜的转动，从而实现凹面镜的周向调整。

本发明进一步设置为：所述安置环的轴心线处穿设有与安置环转动连接的转动轴。

通过采用上述技术方案，转动轴能够避免安置环在转动的过程中晃动，另外转动轴也能够提供导向作用。

本发明进一步设置为：所述微型电机固定连接有固定框，所述固定框连接有微型气缸，所述微型气缸与微型电机固定连接。

通过采用上述技术方案，微型气缸能够带动微型电机移动进而带动安置环的移动，不仅可以取出凹面镜，而且可以通过移动凹面镜实现激光焦点位置的调整。

本发明进一步设置为：所述激光切割头本体的下端包括保护镜片组件，所述保护镜片组件包括安装块，所述安装块与保护镜片卡接，所述安装块的顶部一体连接有多个关于安装块轴心线等距离分布的安装杆，每个安装杆的一端一体连接有三角块，所述激光切割头本体的下端设置有与三角块契合的安装槽。

通过采用上述技术方案，需要取出或替换保护镜片时，拉动安装块朝背离激光切割头本体的方向移动直至三角块与安装槽分离，即可取出保护镜片组件，从而将损坏的保护镜片取出并装入新的保护镜片。

本发明进一步设置为：所述安装块的内部设置有温度传感器。

通过采用上述技术方案，当保护镜片因为切割穿孔而污染，激光无法全部透过时，镜片温度升高，切割头能有效检测到温度变化，从而给出信号使激光器停止出光。

本发明进一步设置为：所述进光筒的顶部设置有稳定装置；所述稳定装置包括与进光筒的侧边一体连接的漏斗状的稳定板，所述稳定板的上端开口大于下端开口，所述稳定板的周向设置有多条容纳槽，所述容纳槽的开口面积小于容纳槽的底部面积，所述稳定板卡接有部分处于容纳槽内的挤压板。

通过采用上述技术方案，可将激光器放置于挤压板之间，若挤压板的开口面积较大，则可将挤压板朝进光筒的方向移动直至激光器可卡入稳定板构成的开口内，实现进一步稳固激光器的目的。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用折叠光路设计，可对激光进行聚焦并改变焦点，从而实现焦点的移动，折叠光路设计缩短了激光切割头的长度及重量；

2、本发明内部的折叠光路设计采用铜镜作为光路设计方案，铜镜内部设置有水循环回路，在高功率激光的照射下不发热不影响焦点便宜，而传统采用熔融石英设计的切割头，对激光有一定的吸收率进而会导致镜片发烫进而引起焦点的位移；

3、本发明中的激光切割头本体内安装有温度传感器，当保护镜片因为切割穿孔而污染，激光无法全部透过时，镜片温度升高，切割头能有效检测到温度变化，从而给出信号使激光器停止出光。

4、本发明通过改变变焦镜内部的气压进而改变变焦镜的曲面，对于激光焦点位置的调节更为精准且方便。

附图说明

图1为实施例去除挤压板、稳定板和容纳槽的结构示意图；

图2为实施例中保护镜片组件的结构示意图；

图3为实施例中折叠光路区中变焦镜向内凹的示意图；

图4为实施例中折叠光路区中变焦镜向外凸的示意图；

图5为实施例中安置环、凹面镜、从动齿轮、主动齿轮、微型电机、微型气缸、转动轴和固定框之间连接关系的结构示意图；

图6为实施例中稳定板和挤压板的剖视图；

图7为实施例中稳定板和容纳槽之间连接关系的结构示意图；

图8为实施例中挤压板的结构示意图。

附图标记：1、激光切割头本体；2、进光筒；3、折叠光路区；4、变焦镜；5、第一连接管；6、第二连接管；7、第三连接管；8、增压器；9、安置环；10、从动齿轮；11、主动齿轮；12、微型电机；13、转动轴；14、固定框；15、微型气缸；16、安装块；17、安装杆；18、三角块；19、温度传感器；20、稳定板；21、容纳槽；22、挤压板；23、凹面镜；24、保护镜片。

具体实施方式

参照附图对本发明做进一步说明。

一种激光切割头，如图1-图8所示，包括激光切割头本体1，所述激光切割头本体1的顶部设置有与激光切割头本体1连通的进光筒2，所述激光切割头本体1内设置有折叠光路区3；所述折叠光路区3包括相对设置的变焦镜4和凹面镜23，所述变焦镜4设置于进光筒2的下方，所述凹面镜23的下方设置有保护镜片24，所述保护镜片24由石英玻璃材质构成，所述凹面镜23和变焦镜4均由铜构成，所述凹面镜23和变焦镜4的内部设置有水循环回路；所述变焦镜4背离凹面镜23的一侧连接有用于进水的第一连接管5和用于出水的第二连接管6，所述凹面镜23背离变焦镜4的一侧与第二连接管6连通，所述凹面镜23背离变焦镜4的一侧连接有用于将水排出的第三连接管7，所述变焦镜4连接有用于增加激光切割头本体1内部气压的增压器8。变焦镜4的内部的气压升高后，变焦镜4朝向凹面镜23的一侧将会凸起从而调整激光焦点的位置。

所述凹面镜23的外侧套设有安置环9，所述安置环9的周向设置有从动齿轮10，所述从动齿轮10啮合有主动齿轮11，所述主动齿轮11的轴心线处连接有微型电机12。

所述安置环9的轴心线处穿设有与安置环9转动连接的转动轴13。

所述微型电机12固定连接有固定框14，所述固定框14连接有微型气缸15，所述微型气缸15与微型电机12固定连接。转动轴13与固定框14固定连接，当安置环9转动后，安置环9将会绕着转动轴13的轴心线转动。

所述激光切割头本体1的下端包括保护镜片组件，所述保护镜片组件包括安装块16，所述安装块16与保护镜片24卡接，所述安装块16的顶部一体连接有多个关于安装块16轴心线等距离分布的安装杆17，每个安装杆17的一端一体连接有三角块18，所述激光切割头本体1的下端设置有与三角块18契合的安装槽（未示出）。

所述安装块16的内部设置有温度传感器19。温度传感器19与外部连接的激光器连接，当温度传感器19感应到温度高于预设温度时，能够让激光器停止工作。

所述进光筒2的顶部设置有稳定装置；稳定装置用于稳固处于进光筒2上方的激光器。

所述稳定装置包括与进光筒2的侧边一体连接的漏斗状的稳定板20，所述稳定板20的上端开口大于下端开口，所述稳定板20的周向设置有多条容纳槽21，所述容纳槽21的开口面积小于容纳槽21的底部面积，所述稳定板20卡接有部分处于容纳槽21内的挤压板22。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光切割头，包括激光切割头本体(1)，其特征在于：所述激光切割头本体(1)的顶部设置有与激光切割头本体(1)连通的进光筒(2)，所述激光切割头本体(1)内设置有折叠光路区(3)；所述折叠光路区(3)包括相对设置的变焦镜(4)和凹面镜(23)，所述变焦镜(4)设置于进光筒(2)的下方，所述凹面镜(23)的下方设置有保护镜片(24)，所述保护镜片(24)由石英玻璃材质构成，所述凹面镜(23)和变焦镜(4)均由铜构成，所述凹面镜(23)和变焦镜(4)的内部设置有水循环回路；所述变焦镜(4)背离凹面镜(23)的一侧连接有用于进水的第一连接管(5)和用于出水的第二连接管(6)，所述凹面镜(23)背离变焦镜(4)的一侧与第二连接管(6)连通，所述凹面镜(23)背离变焦镜(4)的一侧连接有用于将水排出的第三连接管(7)，所述变焦镜(4)连接有用于增加激光切割头本体(1)内部气压的增压器(8)。

2.根据权利要求1所述的一种激光切割头，其特征在于：所述凹面镜(23)的外侧套设有安置环(9)，所述安置环(9)的周向设置有从动齿轮(10)，所述从动齿轮(10)啮合有主动齿轮(11)，所述主动齿轮(11)的轴心线处连接有微型电机(12)。

3.根据权利要求2所述的一种激光切割头，其特征在于：所述安置环(9)的轴心线处穿设有与安置环(9)转动连接的转动轴(13)。

4.根据权利要求2所述的一种激光切割头，其特征在于：所述微型电机(12)固定连接有固定框(14)，所述固定框(14)连接有微型气缸(15)，所述微型气缸(15)与微型电机(12)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种激光切割头，其特征在于：所述激光切割头本体(1)的下端包括保护镜片组件，所述保护镜片(24)组件包括安装块(16)，所述安装块(16)与保护镜片(24)卡接，所述安装块(16)的顶部一体连接有多个关于安装块(16)轴心线等距离分布的安装杆(17)，每个安装杆(17)的一端一体连接有三角块(18)，所述激光切割头本体(1)的下端设置有与三角块(18)契合的安装槽。

6.根据权利要求5所述的一种激光切割头，其特征在于：所述安装块(16)的内部设置有温度传感器(19)。

7.根据权利要求1所述的一种激光切割头，其特征在于：所述进光筒(2)的顶部设置有稳定装置；所述稳定装置包括与进光筒(2)的侧边一体连接的漏斗状的稳定板(20)，所述稳定板(20)的上端开口大于下端开口，所述稳定板(20)的周向设置有多条容纳槽(21)，所述容纳槽(21)的开口面积小于容纳槽(21)的底部面积，所述稳定板(20)卡接有部分处于容纳槽(21)内的挤压板(22)。