CN111727101A

CN111727101A - 气体供应装置以及具有该气体供应装置的激光加工头

Info

Publication number: CN111727101A
Application number: CN201980011411.1A
Authority: CN
Inventors: F·奥皮茨; C·洛泽; B·许尔曼
Original assignee: Precitec GmbH and Co KG
Current assignee: Precitec GmbH and Co KG
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-09-29
Also published as: DE102018102348A1; EP3746259B1; EP3746259A1; WO2019149825A1

Abstract

本公开涉及一种激光加工系统(1000)。该激光加工系统(1000)包括用于产生激光射束(10)的激光装置、用于产生气流的气体供给装置和一个公共容积(120)，在所述公共容积中，激光束(10)和气流叠加。气体供应装置包括至少一个积存腔室(112)，该积存腔室具有进气口(114)和至少一个节流元件(116、416、516)，所述节流元件将所述积存腔室(112)与所述公共容积(120)连接，其中，所述至少一个积存腔室(112)和所述至少一个节流元件(116、416、516)设置为用于为公共容积(120)产生基本上均匀的气流供应。

Description

气体供应装置以及具有该气体供应装置的激光加工头

技术领域

本公开涉及一种气体供应装置和具有该气体供应装置的激光加工头，例如用于激光切割的激光加工头，以及一种用于激光加工的方法、尤其用于激光切割的方法。本公开尤其涉及一种用于激光切割工件的气体引导装置。

背景技术

在用于借助激光进行材料加工的装置中，例如在例如用于激光焊接或激光切割的激光加工头中，借助射束引导和聚焦光学器件将从激光源或激光传导纤维的端部发出的激光束聚焦或成束到待加工的工件上。根据标准使用具有准直器光学器件和聚焦光学器件的激光加工头，其中，激光通过光导纤维供应。

在借助激光辐射切割金属材料时，气流通常与激光束一起从加工头发出。为此目的，在加工头上安装有切割喷嘴，通过该切割喷嘴将激光辐射和切割气体指向待加工的工件。在切割过程中，切割气体完成不同的任务。一方面，切割气体通过在切割前锋和切割侧面处传递压力和剪切力支持将熔融的材料从切缝的排出。切割气体的该功能在切割不锈钢时起主导作用，因此在该应用情况下使用惰性介质(通常为氮气N₂)。相反地，在切割结构钢时，使用反应性气体(通常为氧气O₂)。切割气体在该应用情况下支持分离过程，其方式是：该切割气体能够将铁转化为氧化铁。以这种方式，除激光辐射外，反应热附加地被引入到该过程中。此外，在切割结构钢时也保持熔融物排出的功能。作为第三个任务，切割气体防止污染加工头中的最后一个光学元件，其方式是：通过脉冲传递来偏转过程排放。

对于切割气体的上述功能(主要是熔融物排出和氧化反应)有利的是，在从切割喷嘴发出时，流动参量在流动横截面上尽可能均质且对称地分布。随着增加的板材厚度(s>10mm)和使用增加的激光功率(P>4kW)，流动参量的均匀分布对于过程结果越来越重要。尽可能均匀的流动参量分布改善了表面质量和产生的切削棱边的垂直度并且能够实现更大的切割速度。

US 4 467 171 A说明了一种用于激光切割装置的激光切割喷嘴，该激光切割喷嘴将聚焦的射束指向工件上的一点。喷嘴具有包括锥形尖端的柱体，该锥形尖端具有成型为锥形的中空内腔。多个进气孔穿过主体延伸至所述中空内腔，使得气体涡流穿过喷嘴同轴地产生并且通过锥形尖端上的开口被指向工件。

EP 0 695 600 A2说明了一种激光加工头，该激光加工头包括气体分配器，该气体分配器用于将气体引入到保持在壳体内的聚焦透镜旁。气体分配器由多个成角度的分配狭缝组成，所述分配狭缝产生气体涡流，该气体涡流从透镜面离开地并且在喷嘴出口的方向上指向。

发明内容

本公开的任务是提供一种用于加工头的气体供应装置以及具有该气体供应装置的加工头、尤其是用于激光切割的激光加工头，以及一种用于激光加工或者说用于激光切割的方法，其中，实现改善的表面质量和切割棱边的垂直度以及更高的切割速度。

该任务通过独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求中给出本发明的有利构型。

根据本公开的实施方式，激光加工头的用于产生均质气流的气体供应装置包括进气口、与进气口连接并且提供积存容积的至少一个积存腔室、具有多个通道的至少一个节流元件以及公共容积，该公共容积用于叠加激光束和气流、尤其从积存腔室通过节流元件供应的气流。节流元件将所述积存腔室与所述公共容积连接，以便将气体从积存腔室供应到公共容积中。节流元件和积存腔室能够设置为在公共容积中提供基本上均质的气流。由此能够提供具有均质的和将重要流动参量在流动截面上对称分配的气流，由此改善了气体的功能，例如在激光切割时的熔融物排出和氧化。

气体供给装置能够设计为使得激光加工头的光学轴线和气流的轴线同轴地叠加在公共容积中。

气体供应装置还能够包括在公共容积的第一端部上的、用于提供均质气流的出口。此外，气体供应装置能够包括在公共容积的第二端部上的、与所述出口对置的固定器件，以便将气体供应装置固定在激光加工头上。固定器件尤其能够构型为使得在将气体供应装置固定在加工头上时，激光束和气流从所述出口同轴地发出，以冲击到工件上。气体供应装置也能够集成在激光加工头中或作为该激光加工头的一部分。如果激光加工头由多个模块或部件组成，则能够在这些模块或部件之间设置连接元件，例如密封件等。

节流元件能够布置为使得穿过通道流动的气流指向公共容积的第二端部。当气体供应装置固定在激光加工头上时，公共容积的第二端部能够邻接到激光加工头的光学元件上，例如聚焦透镜或聚焦光学器件或防护玻璃。

气体供应装置能够具有与激光加工头的光学轴线重合的和/或将公共容积的第一端部和第二端部连接的中心轴线。节流元件能够设置为使得气流相对于所述中心轴线具有0°至30°的角：0°<α<30°。

节流元件的通道能够具有圆形或长形的横截面。所述通道能够沿着流动方向(即从积存腔室到公共容积)逐渐变细和/或具有锥形形状。节流元件能够包括多孔圆或者为多孔圆。节流元件的通道能够具有在1至15之间，或在2至8之间的通道长度与通道直径的比。

积存腔室能够构造为环形。积存腔室能够包围公共容积或者说环绕着公共容积构造。

所述进气口能够是通向积存腔室的唯一进气口。

积存腔室和节流元件能够设置为用于提供在公共容积中流动的气体和/或从公共容积流出的气体的一个或多个流动参量的基本均匀的分布。所述一个或多个流动参量能够从包括流动速度、流动方向、静压和气体密度等的组中选择。

还说明了一种激光加工头，该激光加工头包括用于提供激光束的激光装置和根据前述实施例的用于产生均质气流的气体供应装置。

激光加工头还能够包括光学元件，例如聚焦光学器件或防护玻璃。公共容积能够直接布置在光学元件之后或者说与该光学元件邻接。节流元件能够设置为使得穿过通道流动的气体射束基本上垂直地或以60°至90°之间的角度指向光学元件或者说指向光学元件的表面。换言之，节流元件能够设置为使得穿过通道流动的气体射束相对于激光加工头或光学元件的光学轴线成0°至30°之间的角度冲击到所述光学元件上。

根据本公开的其它实施方式说明了一种用于借助激光束进行材料加工的激光加工头。该激光加工头包括用于供应或者说提供激光束的激光装置和用于产生气流的气体供应装置。气体供应装置包括具有进气口的至少一个积存腔室、使激光束和气流在其中叠加的公共容积以及将积存腔室与公共容积连接的至少一个节流元件。所述至少一个积存腔室和所述至少一个节流元件能够设置为用于提供基本上均质的气流。激光装置能够包括例如用于供应激光束的光导纤维。激光加工系统优选包括光学元件，例如最后的光学元件，其中，公共容积直接衔接到所述最后的光学元件地布置。光学元件能够是聚焦光学器件或例如用于聚焦光学器件的防护玻璃。优选设置至少一个积存腔室和至少一个节流元件，以沿着光学元件的整个周缘提供基本上均匀分布的气体供应。即最后的光学元件在其周缘的任何位置处以相同或近似相同的体积流被迎流。光学元件能够布置在公共容积的第二端部上，使得穿过节流元件的通道的气流在公共容积的第一端部处朝出口方向偏转和/或被偏转大于90°且小于180°。通常，至少一个节流元件布置为使得从节流元件流出的气流指向光学元件。例如，该气流基本上垂直地或以小于45°的角度指向光学元件。优选地，激光加工系统设置为用于将激光束和气流在公共容积中基本上同轴地叠加。所述进气口优选是通向至少一个积存腔室的唯一进气口。优选地，至少一个积存腔室和至少一个节流元件设置为用于提供流入到公共容积中的气体和/或从公共容积流出的气体的一个或多个流动参量的基本上均匀的分布。例如，所述一个或多个流动参量能够从由流动速度、流动方向和流体密度组成的组中选择。所述至少一个节流元件优选在积存腔室的腔室壁中包括一个或多个开口。例如，所述至少一个节流元件能够包括多孔圆或者为多孔圆。优选地，激光加工系统包括在公共容积的端部上的切割喷嘴。

根据本公开的其它实施方式说明了一种用于激光加工的方法。该方法包括将气体积存在积存容积中；将气体节流并从积存容积供应至公共容积；以及将激光束与所供应的气流在公共容积中叠加。

根据本公开，能够通过积存容积和节流元件的串联提供向公共容积的基本上均质且对称的气体供应。根据本发明的气体供应装置尤其能够在出口处提供重要的流动参量的均匀分布。这两个元件布置能够布置在加工头的切割气体引导装置中，使得它们是切割气体在进入到公共容积之前流过的最后两个元件。通过根据本发明的积存容积和节流元件的串联能够实现改善的表面质量和切割边缘的垂直度以及更高的切割速度。

附图说明

在附图中示出并且在下面详细地说明本公开的实施例。其示出了：

图1A根据本公开的实施方式的在激光加工头上的气体供应装置的剖视图，

图1B根据本公开的其它实施方式的在激光加工头上的气体供应装置的剖视图，

图2A根据本公开的实施方式的集成在激光加工头中的气体供应装置的剖视图，

图2B具有图2A的集成的气体供应装置的激光加工头的立体视图，

图3A和图3B图1的气体供应装置的剖视图，

图4根据本发明的其它实施方式的供气装置的节流元件的一个实施方式，

图5根据本发明又一实施方式的供气装置的节流元件的一个实施方式，

图6A和图6B在两个不同大小的积存容积的情况下通过多孔圆节流器的钻孔模拟的体积流分布，和

图7A和图7B在节流元件具有不同数量钻孔的情况下在气体供应装置的出口处的通流横截面上的模拟的速度分布。

下面，除非另有说明，对于相同的和相同作用的元件使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1A和图1B示出根据本公开的实施方式的用于激光加工头的气体供应装置100，该气体供应装置固定在激光加工头1000上。气体供给装置100也能够被视为激光加工头的下部或尖端。图2A和2B示出集成在激光加工头1000中的气体供应装置100的替代实施方式。激光加工头1000能够是用于激光切割的加工头。

用于产生均质气流的激光加工头的气体供应装置100包括用于叠加激光束10和气流的公共容积120、进气口114、与进气口114连接并且提供积存容积的至少一个积存腔室112以及至少一个节流元件116，该节流元件具有多个通道并且将积存腔室112与公共容积120连接，用于供应气流。至少一个积存腔室112和至少一个节流元件116设置为用于提供基本上均质的气流。气体供应装置100包括在公共容积120的第一端部上的出口142。出口142能够构成气体供应装置10或者说整个气体引导装置的最小直径，使得在这个位置处存在最高速度，并且在超临界流动条件的情况下在此确定质量流。

气体供应装置100能够设置为在公共容积120的第二端部被固定在激光加工头1000上。公共容积120的第二端部能够与第一端部对置地布置。气体供应装置100还能够设置为使得由激光加工系统1000供应的激光束10和通过进气口114供应的气流基本上同轴地在公共容积120中叠加。替代地，如在图2A和2B中所示，气体供应装置100能够集成到激光加工头中。

基本上均质的气流能够是在公共容积120中流动的气流和/或从公共容积120流出的气流。至少一个储物腔室112和至少一个节流元件116尤其能够设置为使得在激光加工头的射束路径中作为从激光加工头射出之前最后布置的光学元件150被均匀地迎流，并且基本上均质的气流因此从气体供应装置100发出。即积存腔室112和一个节流元件116或者多个节流元件116设置为用于产生具有在光学元件的周缘上均匀分布的体积流的气流。光学元件150能够是激光加工头中的光学元件，例如透镜，该光学元件作为最后的元件布置在公共容积120之前或者说在从激光加工头发出之前最后布置的元件。通过光学元件150的这种均匀的迎流产生流动参量在公共容积120中和从而也在出口142处的均质的或者说对称的分布。

在本发明中通过积存腔室112和节流元件116的串联解决了下述问题：实现重要的流动参量在气体供应装置100的公共容积中和/或在出口142处的均匀分布。这两个元件在加工头的(切割)气体引导装置中能够布置为使得它们是气体在进入到公共容积120之前流过的最后两个元件。

积存腔室112的积存容积负责降低进气口114之后的气体流动速度。由于能量守恒，流体的静压同时提高。流动越完全地减速，静压就越均匀地分布在积存容积中。静压的均匀分布又引起节流元件116的通道被均匀地加载以切割气体，并且该切割气体因此在周缘上均匀分布地流入到公共容积120中。因此能够减小或完全消除穿过单侧进气口114的流动所施加的方向依赖性。

根据实施方式，所述气体(也可以被称为“切割气体”)能够是惰性气体(例如氮气)或反应气体(例如氧气)。在切割不锈钢时例如能够使用氮气(N₂)。相反地，在切割结构钢时能够使用氧气(O₂)。切割气体在这个应用情况下支持分离过程，其方式是所述切割气体能够将铁转化为氧化铁。以这种方式，除激光辐射之外，反应热附加地被引入到该过程中。

根据实施方式，气体供应装置100能包括具有空腔或腔室的元件130，其中，所述空腔或腔室限定公共容积120。元件130和/或公共容积120能朝出口142锥形地逐渐变细。元件130也能够是激光加工头1000的一部分。

在一些实施方式中，所述至少一个节流元件116能够包括一个或多个通道，例如孔或钻孔，所述通道将积存腔室112与公共容积120连接。例如，至少一个节流元件116能够包括一个多孔圆或者为一个多孔圆。通道能够构造为圆形、椭圆形或长形。

通常，气体供应装置100能够包括在公共容积120的第一端部处的切割喷嘴140。切割喷嘴140例如能够布置在公共容积120或元件130的第一端部并且能够包括出口142。通过切割喷嘴140的出口能够将来自公共容积120的激光辐射和(切割)气体指向工件1的加工部位上。

进气口114能够是通向至少一个积存腔室112的唯一进气口。换言之，在一些实施方式中，气体仅能够通过唯一的进气口供应。进气口114能够布置在加工头的侧面上。切割气体或者能够直接通过软管从外部供应，或者能够通过加工头的其它构件从内部供应。在内部供应的情况下，钻孔能够在加工头中相继布置并且密封，使得形成气体通道，该气体通道从布置在激光加工头上的进气口114穿过激光加工头导向并且通向积存腔室112。

如果将气体通过一单独(内部或外部)的入口引导到公共容积120中，则气体在公共容积120中的均匀分布尤其由此变得困难。由此在公共容积120中根据入口的位置产生所有流动参量的强烈的方向依赖性。然而，从应用观点来看，使用一单独的入口是值得期待的，因为便于切割气体从储气瓶束到加工头的连接和引导。尽管将气体输送管路单侧连接，但根据本发明的由积存腔室和节流元件串联的组合能够实现流动参量在公共容积120中均匀分布分布。

如图1A和1B的实施例中示出，在能够与其它在这里所说明的实施方式组合的一些实施方式中，气体供应装置能够固定在激光加工头1000上。替代地，气体供应装置也能够构造为如在图2A和2B中所示的气体供应装置的一部分。激光加工头1000包括光学元件150，该光学元件尤其能够是激光束10的射束路径中的最后光学元件。通常，光学元件150是聚焦光学器件(例如聚焦透镜或能够限定光学轴线的多个聚焦透镜的组件)或防护玻璃，该防护玻璃保护位于其前的聚焦光学器件免受由于过程排放的污染。

气体供应装置100能够固定在激光加工头上或者说能够集成在激光加工头中，使得光学元件150布置在公共容积120或者说元件130的与出口142对置的第二端部上。公共容积120尤其能够直接衔接到光学元件150上地布置。换言之，在光学元件150和公共容积120之间没有其它光学元件。如在附图的实施例中示出，公共容积120位于光学元件150和出口142之间。因此，(切割)气体和激光束10能够在加工头1000中在最后的光学元件150下方汇聚(即叠加或重叠)。从最后的光学元件150出发，激光辐射和气流在公共容积120中被导向，该公共容积能够朝出口142收敛地延伸。

根据能够与在这里所说明的其它实施方式组合的一些实施方式，至少一个积存腔室112和至少一个节流元件116设置为用于提供在公共容积120中流动的气体的一个或多个流动参量和/或从公共容积120流出的气体的一个或多个流动参量的基本上均匀的分布。一个或多个流动参量能够从包括流动速度、流动方向、静压和气体密度的组中选择。

流动参量例如在出口142处的尽可能均匀的分布的前提是，这些流动参量已经在切割气体和激光束10的公共容积120中已经尽可能均匀地分布。容积的收敛走势能够对气流产生均质化的影响，然而，这个平静路径(尤其是在大概小于f＝200mm时的较短焦距的情况下)不足以完全形成流动。根据本发明的由积存腔室和节流元件的组合即使在短焦距的情况下也在气体供应装置100的出口142处提供流动参量的基本上均匀的分布。

根据实施方式，至少一个积存腔室112和至少一个节流元件116设置为沿着激光加工头1000的光学元件150的整个周缘提供基本上均质的或均匀的气体供应。光学元件的周缘通常限定在垂直于光学轴线的平面内，该平面例如由聚焦光学器件提供。

在一些实施方式中，至少一个节流元件116能够布置为使得气流朝向气体供应装置100的能够固定在激光加工头上的第二端部或者说朝向激光加工头1000的光学元件150指向。在图1A和2A的实施例中，气流基本上垂直地指向光学元件150。通常，至少一个节流元件116构造为多孔圆。如在图1A和2A中所示地，节流元件116的通道或钻孔能够垂直地指向最后的光学元件。替代地，如在图1B中所示，节流元件116的通道能够相对于垂线和/或光学轴线成一角度地定向。根据实施方式，该角度相对于垂线能够是0°至45°之间的角度α、尤其能够是0°至30°之间的角度。在图2中示出通道的相应地斜置，其中，气流能够以小于45°的角度指向光学元件150。当然，如在图2A和2B中所示地，在图1B中所示的节流元件及其通道的布置也能够应用于集成在激光加工头中的气体供应装置。

图2A示出构造为激光加工头1000的一部分的气体供应装置。图2B示出具有集成的气体供应装置的激光加工头的立体视图。激光加工头1000能够具有光学入口或者说激光装置160，例如光纤插座或光导纤维，激光束能够穿过该光纤插座或光导纤维进入到头部中并且能够被引导到公共容积120中。激光束和由节流元件116供应的气流能够同轴地叠加在公共容积120中。在此，气流能够在光学元件150上朝出口142的方向偏转。

图3A和图3B示出图1A的气体供应装置在平面A-A(图3A)和B-B(图3B)中的剖视图。

图3A示出根据本发明的节流元件116的截面，在一些实施方式中，节流元件能够构型为多孔圆(“多孔圆节流器”)，该多孔圆从上游连接的积存腔室112的积存容积起被供给以切割气体。在图3A的实施例中，节流元件116构型为具有20个通道或者说钻孔的多孔圆。然而，通道的数量是示例性的并且可以变化。同样地，通道在节流元件116的周缘上的分布能够均匀地或不同地构型。

钻孔数量或者说通道数量优选在5至40之间、优选地在10至30之间并且更优选地在15至25之间。附加地或替代地，通道或者说钻孔的直径能够在0.5mm至2mm之间，并且能够优选在1.0mm至1.5mm之间。根据实施方式，通道的长度与直径的外观比能够呈现1至15之间、优选地2至8之间的值。

在图3B中示出根据本发明的积存腔室120的截面。在右侧示出进气口114。例如，在这里切割气体能够借助附件和软管从外部直接供应。在其它实施方式中，切割气体也能够在激光加工头内通过其它部件(如钻孔和/或管)供应。在这种情况下，用于从外部供给加工头的切削气体的附件能够位于加工头上的其它位置处。

积存容积与所有钻孔的总体积的比会对根据本发明的组件的积聚和节流功能产生影响。例如，积存腔室112的容积(积存容积)与所有通道的总容积的比V_积存腔室/V_节流元件可以在1至500之间、优选地在10至200之间并且更优选地在30至160之间。尤其，所述比V_积存腔室/V_节流元件＝30或V_积存腔室/V_节流元件＝160。然而，本公开不受限制并且能够使用积存容积与所有钻孔的总容积的任何合适的比，所述比提供积存和节流功能。

图4示出根据本公开的另外的实施方式的节流元件416。图4相应于图1A的平面A-A中的截面。在图4的实施例中，节流元件416由具有长孔的圆形成。所述长孔能够具有曲率，使得长孔416遵循圆周走向。

图5示出根据本公开的又一实施方式的节流元件516。根据实施方式，节流元件516能够包括锥形钻孔或通道。尤其多孔圆节流器能够设有锥形钻孔。锥形钻孔516能够在流动方向上，即从积存容积120出发到公共容积120逐渐变细。

在图6A和6B中示出在两个不同大小的积存容积的情况下通过构造为多孔圆节流器的节流元件的20个钻孔的模拟的体积流分布。在两种情况下，气体引导装置的所有其它尺寸均相同。尤其示出在上游连接小的积存容积(图6A)和大的积存容积(图6B)时的体积流水平，体积流的单位为m³/s。可见，在较小的积存容积的情况下，与在较大的积存容积的情况下相比，对钻孔的加载更不均匀。

因此，节流元件和积存腔室的不适合的设计导致穿过节流元件的通道的体积流的不均匀分布进而导致重要流动参量在公共容积中和在气体供应装置的出口处的不均匀分布。为了直观阐明，在图7A和B中示出在气体供应装置100的出口142处的通流横截面上的两个速度分布。图7A示出具有过少的通道数量的设计变型。可清楚地看到，速度分布的最大值偏心地移动。与此相反地，图7B示出具有适当选择的通道数量的设计变型的结果。速度值在这里近似圆形对称地围绕着中心分布。

在传统的用于激光加工头的气体供应装置中不能实现流动参量在激光束10和气流叠加的公共容积中的均匀分布。流动模拟表明，激光加工头的最后的光学元件(例如聚焦透镜或防护玻璃)为此必须在整个周缘上均匀地被迎流。为此目的，根据本发明，气体引导装置在公共容积120之前的最后的元件构造为节流元件116。此外，通过积存腔室112的在气体引导装置上游连接的积存容积保证该节流元件116的所有存在通道均匀地加载以气体。

根据本公开的实施方式的、例如用于激光切割的激光加工头1000包括用于提供激光束10的激光装置160，例如光导纤维。激光束10也能够被称为“加工射束”或“加工激光束”。激光加工头1000设置为用于将激光束10转向到工件1的加工区域上。激光加工头1000能够具有用于准直激光束10的准直透镜和聚焦光学器件，例如聚焦透镜或用于将激光束10聚焦到工件1上的聚焦透镜的组件。

此外，激光加工头1000还包括根据在此所说明的实施方式的用于产生均质气流的气体供应装置100。根据实施方式，气体供应装置100固定在激光加工头1000上，以便将激光束10和气流在公共容积120中基本上同轴地重叠或叠加。例如，气体供应装置100能够设置为用于将气流通过至少一个节流元件116耦合到激光加工头的射束路径中。

在能够与在这里所说明的其它实施方式组合的一些实施方式中，激光加工系统1000包括光学元件150，该光学元件尤其能够是激光束10的射束路径中的最后的光学元件。通常，光学元件150是聚焦光学器件(例如聚焦透镜或能够限定光学轴线的多个聚焦透镜的组件)或例如聚焦光学器件的防护玻璃。气体供应装置100能够固定在激光加工头上，即光学元件150布置在公共容积120或者说元件130的与出口142对置的第二端部上。公共容积120尤其能够直接衔接到光学元件150上地布置。换言之，在光学元件150和公共容积120之间没有其它光学元件。如在附图的实施例中所示，公共容积120位于光学元件150和出口142之间。在一些实施方式中，气流例如在光学元件150上偏转，使得气流流向激光加工头1000的光学轴线上并且沿着该光学轴线流动。积存腔室112和节流元件116能够布置在加工头的切割气体引导装置中，使得它们是切割气体在进入到公共容积120之前流过的最后两个元件。

根据实施方式，激光加工头1000能够沿着加工方向20运动。加工方向20能够是激光加工头1000相对于工件1的切割方向和/或运动方向。加工方向20尤其能够是水平方向。加工方向20也能够被称为“切割方向”或“进给方向”。

此外，能够在激光加工系统或激光加工头1000中使用的、用于激光加工的方法包括：将气体积存在积存容积中；将气流节流并且从积存容积供应到公共容积中；以及将激光束与所供应的气流在公共容积中叠加。叠加的射束例如能够通过出口142从气体供应装置100的公共容积120喷出。

因此，根据本公开能够通过积存腔室和节流元件的串联连接来提供用于与激光束叠加的基本上均质且对称的气体供应。根据本发明的气体引导装置尤其能够在激光加工头的出口处提供重要的流动参量的均质化。由此例如能够实现改善的表面质量和切割棱边的垂直度以及在激光切割时实现更高的切割速度。

Claims

1.一种激光加工头的用于产生均质气流的气体供应装置(100)，其包括：

进气口(114)；

至少一个积存腔室(112)，所述积存腔室与所述进气口(114)连接并且提供积存容积；

至少一个节流元件(116、416、516)，所述节流元件具有多个通道；

公共容积(120)，所述公共容积用于叠加激光束(10)和气流；和

在所述公共容积(120)的第一端部上的出口(142)，用于提供均质的气流；

其中，所述节流元件(116、416、516)将所述积存腔室(112)与所述公共容积(120)连接，和

其中，所述节流元件(116、416、516)和所述积存腔室(112)设置为用于在所述公共容积中(120)产生基本上均质的气流。

2.根据权利要求1所述的气体供应装置(100)，其中，所述气体供应装置集成在所述激光加工头中或构成该激光加工头的一部分，或者

其中，所述气体供应装置(100)还包括在所述公共容积(120)的第二端部上、与所述出口(142)对置的至少一个固定器件，用于将所述气体供应装置(100)固定在所述激光加工头上。

3.根据权利要求1或2所述的气体供应装置(100)，其中，所述节流元件(116、416、516)布置为使得穿过所述通道流动的气流指向所述公共容积(120)的、与所述第一端部对置的第二端部。

4.根据权利要求3所述的气体供应装置(100)，其中，所述气体供应装置具有中心轴线，所述中心轴线将所述公共容积(120)的第一端部和第二端部连接，其中，所述节流元件(116、416、516)设置为使得气流相对于所述中心轴线具有0°至30°的角：0°<α<30°。

5.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应装置(100)，其中，所述通道具有圆形或长形的横截面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应装置(100)，其中，所述通道从所述积存腔室(112)朝着所述公共容积(120)逐渐变细和/或具有锥形形状。

7.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应装置(100)，其中，所述节流元件(116、416、516)包括多孔圆或者所述节流元件是多孔圆。

8.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应装置(100)，其中，所述通道具有在1至15之间或在2至8之间的通道长度与通道直径的比，和/或所述通道具有0.5至2mm之间或1.0至1.5mm之间的直径，其中，包含边界值。

9.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应装置(100)，其中，所述积存腔室(112)构造为环形和/或环绕着所述共同空间(120)构造。

10.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应装置(100)，其中，所述进气口(114)是通向所述积存腔室(112)的唯一进气口。

11.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应装置(100)，其中，所述节流元件(116、416、516)的通道的数量位于5至40之间或10至30之间或15至25之间，其中，包含边界值。

12.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应装置(100)，其中，所述积存腔室(112)的容积与所有通道的总容积的比位于1至500之间，或10至200之间，或30至160之间，其中，包含边界值。

13.一种激光加工头(1000)，其包括：

用于提供激光束(10)的激光装置；和

根据前述权利要求中任一项所述的用于产生均质气流的气体供应装置。

14.根据权利要求13所述的激光加工头(1000)，还包括光学元件(150)，其中，在所述光学元件(150)上布置有公共容积(120)。

15.根据权利要求13或14所述的激光加工头(1000)，其中，所述节流元件(116、416、516)设置为使得穿过所述通道流动的气体射束基本上垂直地或以60°至90°之间的角度指向所述光学元件(150)。