CN204487011U - 基于半导体激光器的切割设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于半导体激光器的切割设备，包括机床(1)及切割头(2)，切割头(2)通过固定套合于切割头(2)外周的固定夹具(21)安装于机床(1)的Z轴工作台上，它还包括半导体激光器(3)及激光耦合输出装置，激光耦合输出装置包括用于对半导体激光器(3)的输出光束的发散角进行扩束的扩束元件(4)、聚焦元件(5)及用于输出聚焦后的光束的光纤(6)，切割头(2)包括镜筒(210)、切割喷头(27)、调节机构及用于与高压气源相连接的气管接头(26)，且镜筒(210)上端设有用于接入光纤(6)的光纤接口(28)。本实用新型基于半导体激光器的切割设备结构紧凑、成本低、耦合效率高、工作稳定。

Description

基于半导体激光器的切割设备

技术领域

本实用新型涉及激光切割领域，特别涉及一种基于半导体激光器的切割设备。

背景技术

激光切割是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走，随着光束与工件相对位置的移动，最终使工件形成切缝，从而达到切割的目的。激光切割加工是用不可见的光束代替了传统的机械刀，具有精度高，切割快速，切口平滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于传统的金属切割工艺设备。而半导体激光器属于最新一代工业激光技术，体积小、效率高、结构稳定，在激光熔覆、表面处理等方面有着其他激光器无可比拟的优势。但由于半导体激光发出的光束形状特殊，因此在半导体激光光束合束技术方面不能够达到激光切割的技术水平，无法满足直接应用半导体激光作为加工光源的要求。现有的激光切割设备的结构不够紧凑，激光耦合效率不高，切割头的调节费时费力，也是行业内的难题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种结构紧凑、成本低、耦合效率高、工作稳定的基于半导体激光器的切割设备。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于半导体激光器的切割设备，包括机床及切割头，所述的切割头通过固定套合于所述的切割头外周的固定夹具安装于机床的Z轴工作台上，它还包括半导体激光器及激光耦合输出装置，所述的激光耦合输出装置包括用于对半导体激光器的输出光束的发散角进行扩束的扩束元件、聚焦元件及用于输出聚焦后的光束的光纤，所述的切割头包括镜筒、切割喷头、调节机构及用于与高压气源相连接的气管接头，且所述的镜筒上端设有用于接入光纤的光纤接口。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型基于半导体激光器的切割设备直接采用半导体激光器作为材料加工的能量源，相比Nd:YAG、CO₂及光纤等其他种类的激光器成本低、效率高、可维护性好，且通过激光耦合输出装置的扩束元件设置减少了光束的发散角，并在扩束的同时保证了光束不发生畸变和保证了最终聚焦光斑的像差达到最小。再通过聚焦元件进行聚焦而使激光束可以高效地耦合进入光纤，并通过切割头的镜筒并聚焦到工件上，并使得聚焦点的亮度不受影响，满足切割的需要。本实用新型的基于半导体激光器的切割设备的切割头包括镜筒、切割喷头、调节机构及用于与高压气源相连接的气管接头，且镜筒上端设有用于接入光纤的光纤接口。切割头的结构非常紧凑，且通过调节机构的设置可以对光束及切割头的小孔与工件的距离，调节非常方便。

作为优选，所述的扩束元件由至少两个间距可调的光学透镜组成。这样，可根据需要对两个或多个光学透镜之间的距离进行调节，扩束效果更好。

作为优选，所述的聚焦元件为用于聚焦的透镜。

作为优选，所述的调节机构包括聚焦座、调节座、连接座及调节螺母，所述的连接座套合安装于所述的聚焦座下端内腔处，且所述的连接座与所述的聚焦座内壁之间设有间隙，且所述的聚焦座的外周壁沿周向设有多个用于与调节螺栓相配合的调节螺纹孔；所述的调节座活动套合于所述的连接座的内腔，且所述的调节螺母螺纹连接于所述的调节座外周。

作为优选，所述的切割头上靠近切割喷头的位置处安装有位置传感器。

附图说明

图1为本实用新型基于半导体激光器的切割设备的结构示意图。

图2为本实用新型基于半导体激光器的切割设备的激光耦合输出装置的结构示意图。

图3为本实用新型基于半导体激光器的切割设备的切割头的结构示意图(去掉调节螺母的上、下卡环)。

图1-3中：1机床、2切割头、21、固定夹具、22、调节螺纹孔、23连接座、24调节螺母、25聚焦座、26气管接头、27切割喷头、28光纤接口、29调节座、210镜筒、211位置传感器、3半导体激光器、4扩束元件、5聚焦元件、6光纤、7工件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步描述。

如图1-3所示，一种基于半导体激光器的切割设备，包括机床1及切割头2，所述的切割头2通过固定套合于所述的切割头2外周的固定夹具21安装于机床1的Z轴工作台上，它还包括半导体激光器3及激光耦合输出装置，所述的激光耦合输出装置包括用于对半导体激光器3的输出光束的发散角进行扩束的扩束元件4、聚焦元件5及用于输出聚焦后的光束的光纤6，所述的切割头2包括镜筒210、切割喷头27、调节机构及用于与高压气源相连接的气管接头26，且所述的镜筒210上端设有用于接入光纤6的光纤接口28。

所述的扩束元件4由至少两个间距可调的光学透镜组成。具体的调节结构可为在安装光学透镜底部的底座上设置调节螺栓，并在底板上开设多个调节孔。现有技术工作人员可以根据需要选择各种调节结构，不在此赘述。

所述的聚焦元件5为用于聚焦的透镜。

所述的调节机构包括聚焦座25、调节座29、连接座23及调节螺母24，所述的连接座23套合安装于所述的聚焦座25下端内腔处，且所述的连接座23与所述的聚焦座25内壁之间设有间隙，所述的聚焦座25的外周壁沿周向设有四个用于与调节螺栓相配合的调节螺纹孔22，且所述的连接座23的外周设有用于与所述的调节螺栓尾端相抵的平面；所述的调节座29活动套合于所述的连接座23的内腔，且所述的调节螺母24螺纹连接于所述的调节座29外周。调节螺栓的功能是使切割头2能够前后左右移动，使光束尽量完全透过切割头小孔，使激光的输出功率达到最大值。调整螺母24的功能是改变光束的焦点与切割头2的小孔的纵向关系以适应工艺要求，即当切割头2的小孔与工件7的距离固定后(如1mm)，光束焦点位置可通过调整螺母24于工件上、下或表面，调整后需用上、下卡环将调节螺母24锁紧。

所述的切割头2上靠近切割喷头27的位置处安装有位置传感器211。

以上仅就本实用新型的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本实用新型独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于半导体激光器的切割设备，包括机床(1)及切割头(2)，所述的切割头(2)通过固定套合于所述的切割头(2)外周的固定夹具(21)安装于机床(1)的Z轴工作台上，其特征在于：它还包括半导体激光器(3)及激光耦合输出装置，所述的激光耦合输出装置包括用于对半导体激光器(3)的输出光束的发散角进行扩束的扩束元件(4)、聚焦元件(5)及用于输出聚焦后的光束的光纤(6)，所述的切割头(2)包括镜筒(210)、切割喷头(27)、调节机构及用于与高压气源相连接的气管接头(26)，且所述的镜筒(210)上端设有用于接入光纤(6)的光纤接口(28)。

2.根据权利要求1所述的基于半导体激光器的切割设备，其特征在于：所述的扩束元件(4)由至少两个间距可调的光学透镜组成。

3.根据权利要求1所述的基于半导体激光器的切割设备，其特征在于：所述的聚焦元件(5)为用于聚焦的透镜。

4.根据权利要求1所述的基于半导体激光器的切割设备，其特征在于：所述的调节机构包括聚焦座(25)、调节座(29)、连接座(23)及调节螺母(24)，所述的连接座(23)套合安装于所述的聚焦座(25)下端内腔处，且所述的连接座(23)与所述的聚焦座(25)内壁之间设有间隙，所述的聚焦座(25)的外周壁沿周向设有多个用于与调节螺栓相配合的调节螺纹孔(22)，且所述的连接座(23)的外周设有用于与所述的调节螺栓尾端相抵的平面；所述的调节座(29)活动套合于所述的连接座(23)的内腔，且所述的调节螺母(24)螺纹连接于所述的调节座(29)外周。

5.根据权利要求1所述的基于半导体激光器的切割设备，其特征在于：所述的切割头(2)上靠近切割喷头(27)的位置处安装有位置传感器(211)。