CN110936030A - 一种激光切割机的激光头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的激光切割机的激光头包括：光纤接头、壳体、框架、保护镜、喷嘴、直线电机、滑块、测光筒、分光棱镜以及透镜组，所述光纤接头配合光纤将激光头连接激光发生装置，激光束所述变焦镜后经过所述分光棱镜进行分光，大部分激光透过所述分光棱镜直线穿过所述保护镜经所述喷嘴射出进行激光切割，少量的激光经过所述分光棱镜反射到所述测光筒中，经过所述测光筒中所述感光机构感应光线照射的位置，所述分光棱镜与所述喷嘴连接，透射的激光和反射的激光位置同步随激光束照射到所述分光棱镜的位置变化而变化，根据反射的激光位置信息，控制所述框架的移动，从而改变激光束照射到所述分光棱镜的位置，从而使得透射的激光能够始终与所述喷嘴同轴。

Description

一种激光切割机的激光头
技术领域
本发明涉及激光切割器材领域，尤其涉及一种激光切割机的激光头。
背景技术
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件切割等目的。
与光束同轴的高速气流通常有设置于激光切割头的喷嘴喷出，目前激光切割用的喷嘴采用简单的结构，即一锥形孔状的气体通道。由于喷嘴一般用紫铜制造，体积较小，是易损零件，需经常更换。然而，在实际生产过程中，需要调节喷嘴与激光光束同轴，不然高速气流不能正对切缝，导致切缝容易产生毛边等问题，影响切割的质量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种激光切割机的激光头。
本发明提供一种激光切割机的激光头，包括壳体，其中，
所述壳体的一端连接有光纤接头，所述壳体的另一端相对所述光纤接头设置有保护镜，所述壳体沿轴向设置有腔室，所述腔室连通所述光纤接头和所述保护镜，所述腔室内移动设置有框架，所述框架上设置有透镜组；
所述壳体的相邻的两个侧壁上分别设置有电磁制动式的直线电机，所述壳体上滑动连接有滑块，所述滑块朝向所述直线电机的一侧设置有螺孔，所述直线电机的输出轴螺接于所述螺孔，对应所述滑块的所述框架的侧壁上设置有呈“T”型滑槽，所述滑块的端部呈“T”型，所述滑块的端部滑动卡接于所述滑槽；
所述壳体上设置有喷嘴，所述壳体的侧壁设置有测光筒，所述喷嘴、所述光纤接头以及所述保护镜同轴设置，所述喷嘴通过延伸至所述壳体内的连接杆连接分光棱镜，所述分光棱镜正对所述测光筒；
所述测光筒内设置有感光机构，所述感光机构电性连接控制器；所述控制器电性连接所述直线电机。
优选的，所述透镜组包括变焦镜、准直透镜和收束透镜组，靠近所述光纤接头的所述框架一端设置有准直透镜，所述框架内滑动设置有聚焦激光用的变焦镜，所述准直透镜与所述变焦镜之间的所述框架上设置有所述收束透镜组，所述准直透镜、所述变焦镜以及所述收束透镜组同轴设置，所述变焦镜与所述保护镜之间的所述壳体上设置所述测光筒，所述框架对应所述测光筒设置有通孔。
优选的，所述收束透镜组包括焦点重合设置的凸透镜和凹透镜，所述凸透镜和所述凹透镜焦点重合设置，所述凸透镜靠近所述准直透镜，所述凹透镜靠近所述变焦镜，所述凸透镜、所述凹透镜、所述准直透镜和所述变焦镜同轴设置。
优选的，所述喷嘴包括固定座，所述固定座固定连接于所述壳体的一端，所述固定座呈环形，所述固定座的一侧固定有延伸至所述壳体内的连接杆，所述连接杆的端部固定有分光棱镜，所述固定座的另一侧设置有螺纹接口，所述螺纹接口处螺接有喷嘴，所述固定座的侧壁有气管接头。
优选的，所述喷嘴沿轴向设置有由内之外渐渐变细又变宽的通气道。
优选的，所述感光机构可以为CCD感光成像机构，所述CCD感光成像机构电性连接所述控制器。
优选的，所述框架靠近所述光纤接头的一端滑动设置第一镜框，所述框架上设置有第一步进电机，所述第一步进电机的输出轴固定螺接于所述第一镜框的传动螺杆，所述准直透镜设置于所述第一镜框，所述第一步进电机电性连接所述控制器。
优选的，所述框架内滑动设置第二镜框，所述框架上设置有第二步进电机，所述第二步进电机的输出轴固定螺接于所述第二镜框的传动螺杆，所述收束透镜组设置于所述第二镜框，所述第二步进电机电性连接所述控制器。
优选的，所述框架内滑动设置第三镜框，所述框架上设置有第三步进电机，所述第三步进电机的输出轴固定螺接于所述第三镜框的传动螺杆，所述变焦镜设置于所述第三镜框，所述第三步进电机电性连接所述控制器。
与相关技术相比较，本发明提供的激光切割机的激光头具有如下有益效果：
本发明提供的激光切割机的激光头通过所述光纤接头将传导的激光发散射出，发散的激光经过所述准直透镜将发散的激光汇聚成激光束，激光束经过所述收束透镜组，受到所述收束透镜组的作用激光束的直径减小，激光束经过所述变焦镜进行聚焦，激光束经过所述变焦镜后经过所述分光棱镜进行分光，大部分激光透过所述分光棱镜直线穿过所述保护镜经所述喷嘴射出进行激光切割，少量的激光经过所述分光棱镜反射到所述测光筒中，经过所述测光筒中所述感光机构感应光线照射的位置，所述分光棱镜与所述喷嘴连接，透射的激光和反射的激光位置同步随激光束照射到所述分光棱镜的位置变化而变化，而激光束照射所述分光棱镜的特定位置时，投射的激光束与所述喷嘴同轴，从而可以通过反射的激光束的位置来测量投射的激光束的位置，根据反射的激光束的情况调整所述框架，使得激光束照射所述分光棱镜的位置变化，来调整投射激光束与所述喷嘴同轴。而所述框架滑动设置于所述壳体中，所述框架的相邻的两个侧壁分别滑动连接滑块，所述滑块滑动设置于所述壳体，所述滑块连接于固定于所述壳体侧壁的所述直线电机，利用所述直线电机带动所述滑块在所述壳体上滑动，推动所述框架在所述壳体内移动，带动所述透镜组移动，从而使得经所述透镜组的激光束与所述喷嘴同轴对正，所述感光机构电性连接控制器，所述控制器分别控制两个所述直线电机。
另外，所述控制器控制第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机，使得所述透镜组中的准直透镜、收束透镜组以及所述变焦镜均能够沿所述框架的轴向进行滑动调整，实现所述透镜组对激光的调整；所述固定座设置延伸至所述壳体的连接杆，所述连接杆固定所述分光棱镜，所述固定座可拆卸连接所述喷头，方便更换所述喷头，而更换所述喷头不会影响所述分光棱镜；所述喷头的通气道由内之外渐渐变细又变宽、即呈拉瓦尔管状能够获取更高的气体喷射速度，且不容易产生激波，能够更好的吹净切口。
附图说明
图1为本发明提供的激光切割机的激光头的一种较佳实施例的结构示意图；
图2为图1所示的激光切割机的激光头内部的结构示意图；
图3为图2所示的框架以及滑块的结构示意图；
图4为图2所示的收束透镜组的光路示意图；
图5为图2所示的变焦镜、分光透镜以及测光筒的光路示意图。
图中标号：1、光纤接头，2、壳体，21、保护镜，3、测光筒，31、感光机构，4、喷嘴，41、喷头，42、固定座，43、气管接头，5、分光棱镜，6、直线电机，61、滑块，7、变焦镜，71、第三步进电机，72、第三镜框，8、框架，9、准直透镜，91、第一步进电机，92、第一镜框，10、收束透镜组，101、第二步进电机，102、第二镜框。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1、图2、图3、图4以及图5，其中图1为本发明提供的激光切割机的激光头的一种较佳实施例的结构示意图；图2为图1所示的激光切割机的激光头内部的结构示意图；图3为图2所示的框架以及滑块的结构示意图；图4为图2所示的收束透镜组的光路示意图；图5为图2所示的变焦镜、分光透镜以及测光筒的光路示意图。
参阅图1所示，一种激光切割机的激光头，包括壳体2，所述壳体2呈长方体结构，所述壳体2沿长度方向设置有腔室，所述腔室呈长方体形，所述壳体2的一端通过接口可拆卸连接有光纤接头1，所述壳体2的另一端相对所述光纤接头1设置有保护镜21，所述腔室连通所述光纤接头1和所述保护镜21，所述保护镜21和所述光纤接头1是同轴设置的。
所述腔室内移动设置有框架8，具体实施过程中，所述框架8的高度等于所述腔室的高度，所述框架8的长度跟宽度小于所述腔室的长度跟宽度，所述框架8设置连通所述腔室两端的通路，所述通路内设置有透镜组。
具体实施过程中，所述透镜组包括变焦镜7、准直透镜9和收束透镜组10，靠近所述光纤接头1的所述框架8一端设置有准直透镜9，具体地，靠近所述光纤接头1的所述框架8一端沿通路的方向滑动设置第一镜框92，所述框架8上沿通路的方向设置有第一步进电机91，所述第一步进电机91的输出轴固定螺接于所述第一镜框92的传动螺杆，所述准直透镜9设置于所述第一镜框92。
所述通路内滑动设置有改变激光光束直径用的收束透镜组10，具体的，所述框架8的通路内沿通路方向滑动设置第二镜框102，所述框架8的通路内沿通路方向设置有第二步进电机101，所述第二步进电机101的输出轴固定螺接于所述第二镜框102的传动螺杆，构成所述收束透镜组10的凸透镜和凹透镜设置于所述第二镜框102，具体地，所述收束透镜组10中的凸透镜靠近所述准直透镜9设置，所述凹透镜靠近所述凸透镜设置，所述凸透镜和所述凹透镜同轴设置，而且，所述凸透镜与所述凹透镜的焦点重合。
靠近所述凹透镜的所述通路内滑动设置有所述变焦镜7，具体地，所述通路内沿所述通路方向滑动设置第三镜框72，所述通路内沿所述通路方向固定设置有第三步进电机71，所述第三步进电机71的输出轴固定螺接于所述第三镜框72的传动螺杆，所述变焦镜7设置于所述第三镜框72，所述凸透镜、所述凹透镜、所述准直透镜9和所述变焦镜7同轴设置。
所述壳体2的相邻的两个侧壁上分别设置有电磁制动式的直线电机6，两个所述直线电机6垂直于各自所在的侧壁设置，所述直线电机6的输出轴延伸至所述壳体2中，而正对所述直线电机6的所述壳体2上滑动连接有滑块61，所述滑块61朝向所述直线电机6的一侧设置有螺孔，所述直线电机6的输出轴螺接于所述螺孔，对应所述滑块61朝向所述框架8的两个侧壁，两个所述侧壁分别设置有呈“T”型滑槽，所述滑槽垂直于所述通路的方向设置，所述滑槽内滑动设置有推板，所述滑块61垂直连接于所述推板的中部，所述推板的长度小于所述滑槽的长度。
所述壳体2的侧壁设置有测光筒3，所述测光筒3垂直于所述壳体2的侧壁设置，所述测光筒3的内部一端设置有呈圆板状的感光机构，具体地，所述感光机构为CCD感光成像机构，所述CCD感光成像机构电性连接所述控制器，所述控制器为激光切割设备的PLC控制器，所述控制器电性连接所述直线电机6，所述测光筒3所对的所述框架8处设置有通孔，所述通孔的口径大于所述测光筒3的内径，保证所述框架8移动时，所述测光筒3始终在所述通孔的范围内。
所述壳体2的另一端设置有喷嘴4，所述喷嘴4、所述光纤接头1以及所述保护镜21同轴设置，具体的，所述喷嘴4包括固定座42，所述固定座42固定连接于所述壳体2的另一端，所述固定座42呈环形，所述固定座42环绕于所述保护镜21的外周，所述固定座42与所述保护镜21同轴设置，靠近所述壳体2的所述固定座42的一侧固定有延伸至所述壳体2内的连接杆，所述连接杆延伸至所述框架8内侧，所述连接杆设置于所述框架8移动范围之外，所述连接杆的端部固定有分光棱镜5，所述分光棱镜5的分光面呈45°设置，所述分光面朝向所述保护镜21，所述分光镜朝向所述测光筒3，所述固定座42的另一侧设置有螺纹接口，所述螺纹接口处螺接有喷头41，所述固定座42的侧壁有气管接头43，具体实施过程中，所述气管接头43设置有两个，分别连通不同的气源。所述喷头41沿轴向设置有由内之外渐渐变细又变宽的通气道，所述喷头41上的通道呈拉瓦尔通道状。
本发明提供的激光切割机的激光头的原理如下：
使用本发明提供的激光切割机的激光头进行激光切割时，激光发射器发出的激光经光纤传递到所述光纤接头1，所述光纤接头1将激光发散射出，发散的激光经过所述准直透镜9矫正后以较为集中的光束射向所述收束透镜组10，所述收束透镜组10经过凸透镜进一步收束，使得射出的激光束的直径进一步的减小，然后经过凹透镜将所述凸透镜射来的激光束进行调整，以一定的的直径射到所述变焦镜7，所述变焦镜7将所述收束透镜组10射来的激光聚焦，聚焦后，经过所述保护镜21和所述喷嘴4射出激光头进行切割。而所述控制器控制所述第一步进电机91转动，所述第一步进电机91通过传动螺杆带动所述第一镜框92沿所述框架8滑动，控制所述准直透镜9与所述光纤接头1的距离，从而控制所述准直透镜9接收所述光纤接头1发出的激光；所述控制器控制所述第二步进电机101转动，所述第二步进电机101通过控制传动螺杆带动所述第二镜框102沿所述框架8滑动，改变所述收束透镜组10与所述准直透镜9之间的距离，从所述准直透镜9射向所述收束透镜组10的激光束的直径会发生变化，从而经所述收束透镜组10收束后射出的激光的直径可以调整；所述控制器控制所述第三步进电机71转动，所述第三步进电机71通过控制传动螺杆带动所述第三镜框72沿所述框架8滑动，来改变经过所述变焦镜7聚焦后的焦点的位置。
而当射出的激光束与所述喷嘴4不同轴时，经过所述变焦镜7射出的激光会小部分经过所述分光棱镜5反射到所述测光筒3中，发射的激光照射所述感光机构31的某一位置，使得所述感光机构31在该位置产生电信号，所述电信号传递到所述控制器，所述控制器获取反射光的路径信息，所述控制器根据反射光的路径信息分析投射过所述分光棱镜5的出射光的路径信息；如，当反射光照射到所述感光机构31的中央时，出射光应该与所述喷嘴4同轴，因为分光面呈45°，使得反射光照射位置偏离，出射光相对所述喷嘴4发生相应角度，相应距离的偏离，所述控制器根据偏离的角度和距离同步调整两个所述直线电机6，使得两个所述直线电机6分别带动所述滑块61滑动，所述滑块61通过所述推板推动所述框架8在所述壳体2内滑动，改变激光光束的位置，使得所述激光光束与所述喷嘴4同轴，该过程自动完成，保证加工过程中，激光光束始终与所述喷嘴4同轴，无需停机手动操作，保证加工效率和加工质量。
本发明提供的激光切割机的激光头通过所述光纤接头1将传导的激光发散射出，发散的激光经过所述准直透镜9将发散的激光汇聚成激光束，激光束经过所述收束透镜组10，受到所述收束透镜组10的作用激光束的直径减小，激光束经过所述变焦镜7进行聚焦，激光束经过所述变焦镜7后经过所述分光棱镜5进行分光，大部分激光透过所述分光棱镜5直线穿过所述保护镜21经所述喷嘴4射出进行激光切割，少量的激光经过所述分光棱镜5反射到所述测光筒3中，经过所述测光筒3中所述感光机构31感应光线照射的位置，所述分光棱镜5与所述喷嘴4连接，透射的激光和反射的激光位置同步随激光束照射到所述分光棱镜5的位置变化而变化，而激光束照射所述分光棱镜5的特定位置时，投射的激光束与所述喷嘴4同轴，从而可以通过反射的激光束的位置来测量投射的激光束的位置，根据反射的激光束的情况调整所述框架8，使得激光束照射所述分光棱镜5的位置变化，来调整投射激光束与所述喷嘴4同轴。而所述框架8滑动设置于所述壳体2中，所述框架8的相邻的两个侧壁分别滑动连接滑块61，所述滑块61滑动设置于所述壳体2，所述滑块61连接于固定于所述壳体2侧壁的所述直线电机6，利用所述直线电机6带动所述滑块61在所述壳体2上滑动，推动所述框架8在所述壳体2内移动，带动所述透镜组移动，从而使得经所述透镜组的激光束与所述喷嘴4同轴对正，所述感光机构31电性连接控制器，所述控制器分别控制两个所述直线电机6。
另外，所述控制器控制第一步进电机91、第二步进电机101和第三步进电机71，使得所述透镜组中的准直透镜9、收束透镜组10以及所述变焦镜7均能够沿所述框架8的轴向进行滑动调整，实现所述透镜组对激光的调整；所述固定座42设置延伸至所述壳体2的连接杆，所述连接杆固定所述分光棱镜5，所述固定座42可拆卸连接所述喷头41，方便更换所述喷头41，而更换所述喷头41不会影响所述分光棱镜5；所述喷头41的通气道呈拉瓦尔管状能够获取更高的气体喷射速度，且不容易产生激波，能够更好的吹净切口。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种激光切割机的激光头，其特征在于，包括壳体(2)，其中，
所述壳体(2)的一端连接有光纤接头(1)，所述壳体(2)的另一端相对所述光纤接头(1)设置有保护镜(21)，所述壳体(2)沿轴向设置有腔室，所述腔室连通所述光纤接头(1)和所述保护镜(21)，所述腔室内移动设置有框架(8)，所述框架(8)上设置有透镜组；
所述壳体(2)的相邻的两个侧壁上分别设置有电磁制动式的直线电机(6)，所述壳体(2)上滑动连接有滑块(61)，所述滑块(61)朝向所述直线电机(6)的一侧设置有螺孔，所述直线电机(6)的输出轴螺接于所述螺孔，对应所述滑块(61)的所述框架(8)的侧壁上设置有呈“T”型的滑槽，所述滑块(61)的端部呈“T”型，所述滑块(61)的端部滑动卡接于所述滑槽；
所述壳体(2)的另一端设置有喷嘴(4)，所述壳体(2)的侧壁设置有测光筒(3)，所述喷嘴(4)、所述光纤接头(1)以及所述保护镜(21)同轴设置，所述喷嘴(4)通过延伸至所述壳体(2)内的连接杆连接分光棱镜(5)，所述分光棱镜(5)正对所述测光筒(3)；
所述测光筒(3)内设置有感光机构(31)，所述感光机构(31)电性连接控制器；所述控制器电性连接所述直线电机(6)。
2.根据权利要求1所述的激光切割机的激光头，其特征在于，所述透镜组包括变焦镜(7)、准直透镜(9)和收束透镜组(10)，靠近所述光纤接头(1)的所述框架(8)一端设置有准直透镜(9)，所述框架(8)内滑动设置有聚焦激光用的变焦镜(7)，所述准直透镜(9)与所述变焦镜(7)之间的所述框架(8)上设置有所述收束透镜组(10)，所述准直透镜(9)、所述变焦镜(7)以及所述收束透镜组(10)同轴设置，所述变焦镜(7)与所述保护镜(21)之间的所述壳体(2)上设置所述测光筒(3)，所述框架(8)对应所述测光筒(3)设置有通孔。
3.根据权利要求2所述的激光切割机的激光头，其特征在于，所述收束透镜组(10)包括焦点重合设置的凸透镜和凹透镜，所述凸透镜和所述凹透镜焦点重合设置，所述凸透镜靠近所述准直透镜(9)，所述凹透镜靠近所述变焦镜(7)，所述凸透镜、所述凹透镜、所述准直透镜(9)和所述变焦镜(7)同轴设置。
4.根据权利要求1所述的激光切割机的激光头，其特征在于，所述喷嘴(4)包括固定座(42)，所述固定座(42)固定连接于所述壳体(2)的一端，所述固定座(42)呈环形，所述固定座(42)的一侧固定有延伸至所述壳体(2)内的连接杆，所述连接杆的端部固定有分光棱镜(5)，所述固定座(42)的另一侧设置有螺纹接口，所述螺纹接口处螺接有喷头(41)，所述固定座(42)的侧壁有气管接头(43)。
5.根据权利要求4所述的激光切割机的激光头，其特征在于，所述喷头(41)沿轴向设置有由内之外渐渐变细又变宽的通气道。
6.根据权利要求1所述的激光切割机的激光头，其特征在于，所述感光机构为CCD感光成像机构，所述CCD感光成像机构电性连接所述控制器。
7.根据权利要求3所述的激光切割机的激光头，其特征在于，所述框架(8)靠近所述光纤接头(1)的一端滑动设置第一镜框(92)，所述框架(8)上设置有第一步进电机(91)，所述第一步进电机(91)的输出轴固定螺接于所述第一镜框(92)的传动螺杆，所述准直透镜(9)设置于所述第一镜框(92)，所述第一步进电机(91)电性连接所述控制器。
8.根据权利要求3所述的激光切割机的激光头，其特征在于，所述框架(8)内滑动设置第二镜框(102)，所述框架(8)上设置有第二步进电机(101)，所述第二步进电机(101)的输出轴固定螺接于所述第二镜框(102)的传动螺杆，所述收束透镜组(10)设置于所述第二镜框(102)，所述第二步进电机(101)电性连接所述控制器。
9.根据权利要求3所述的激光切割机的激光头，其特征在于，所述框架(8)内滑动设置第三镜框(72)，所述框架(8)上设置有第三步进电机(71)，所述第三步进电机(71)的输出轴固定螺接于所述第三镜框(72)的传动螺杆，所述变焦镜(7)设置于所述第三镜框(72)，所述第三步进电机(71)电性连接所述控制器。
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