CN2097057U

CN2097057U - 喷嘴与电容传感器一体结构的激光头

Info

Publication number: CN2097057U
Application number: CN 91216995
Authority: CN
Inventors: 刘强; 段正澄; 刘延林
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 1991-06-24
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 1992-02-26

Abstract

本实用新型为一种激光切割头喷嘴与电容传感器一体化结构。在该激光头结构中使用了两个金属连接套，一个活动，一个固定，作为电容传感器的引线，使引线在调节喷嘴上下移动时，不存在绕轴芯转动的问题。在喷嘴侧表面装有屏蔽层，大大提高电容传感器的抗干扰能力。本实用新型还设计了辅助气体通道，调节定中心及密封机构，具有喷嘴可上下微调，可快速更换，喷嘴组件内有螺旋导槽，气流稳定射出，对中简便，密封可靠等优点。

Description

本实用新型是关于激光切割头喷嘴与电容传感器一体化结构。

在激光切割中，激光焦点处功率密度最大，离开焦点，功率密度急剧下降，因此，保证激光焦点落在工件表面上是十分重要的（准确地说，应落在工件内离表面1／3处深度）。由于各品种工件表面凹凸不平，弯曲变形等引起的表面随机误差（不平度）很大，切割过程中会导致焦点偏离工种表面之外，严重影响切割质量。激光加工过程中，为解决上述问题，现有技术采用非接触式加工，即使激光头与工件表面留有间隙h₀，控制间隙h₀恒定不变，以保证聚焦点始终落在工件上。其基本方法是激光头喷嘴沿工件表面切割时，用传感元件检测出激光头喷嘴与工件表面的距离h₀，通过自动跟踪控制装置控制激光头跟随工件表面形状浮动，使焦点始终处于工件表面上。另外，在激光切割过程中，辅助气体的压力、流量及方向也是影响切割质量的重要因素之一。因此，喷嘴及气体通道也是决定辅助气体的压力、流量及方向的重要部件。

为了提高激光切割质量，各国都大力开发较为先进的外接触式Z轴漂浮系统，然而从技术上、可靠性或经济性上最具优势的还是用电容器位移传感器作为检测元件的Z轴漂浮系统。自从德国Messer－Griesheim公司开发出电容式Z浮系统之后，国外一些著名大公司相继采用这一技术，例如Amada、Ferranti、Fiat、Trumpf、松下、东芝、涉谷等公司。但是，国外资料只是简单介绍Z轴漂浮系统工作情况，并没有公布具体构造、电路及实施细则。例如，日本专利JP59－54487公布了用电容传感器或磁传感器来检测工件表面不平度，但仅提出原理，无具体实施细则。又如，日本专利JP64－22492公布了一种电容传感器检测方案。这种装置仅考虑电容传感器的要求，末考虑喷嘴的特殊要求，喷嘴不可调动，虽然这样对电容传感器引出线很方便，但对各种类型的切割受到很大局限；电容传感器外也无屏蔽层，只适于平面形状工件的切割；在调节辅助气流与激光束同轴时，必须先松开锁紧螺母，才可调动对中调节螺钉，十分不便。

本实用新型的目的是，为了解决现有技术的不足，为提高激光切割质量，设计出激光头喷嘴与电容传感器一体化结构的激光头喷嘴，使其具有能使辅助气体压力、流量、方向稳定，结构紧凑、可方便更换易损件，喷嘴可上下调动，并具有一定抗干扰能力的激光头。

本实用新型是以一种激光头喷嘴与电容传感器一体化结构来实现其预定功能的。本实用新型由喷嘴（兼电容传感器）、连接套（兼金属导线）、绝缘套、屏蔽罩、密封套、防松螺母、联接座、电容电缆插座等零件组合而成。在所说的喷嘴（1）上端连接有一个活动金属连接套（3），该金属连接套（3）的上部通过螺纹联接有一个固定金属连接套（12）；在活动金属连接套（3）的外面固定有一个活动绝缘套（4），在该绝缘套（4）的外面还固定有一个固定屏蔽罩（5）和联接有一个活动屏蔽罩（2）；在固定金属连接套（12）的外面有一个固定绝缘套（11），所说的固定金属连接套（12）与固定绝缘套（11）的上部安置在联接座（13）中，在位于联接座（13）中的固定金属连接套（12）和固定绝缘套（11）的周边上设有3个或者3个以上的通气孔（14）；在固定绝缘套（11）的外面有密封套（8）和／或防松螺母（6），密封套（8）或防松螺母（6）的上端与联接座（13）相接，防松螺母（6）与固定屏蔽屏（5）之间螺纹联接；在固定金属连接套（12）、固定绝缘套（11）和固定屏蔽罩（5）、活动绝缘套（4）之间有间隙（16）。此外，在活动金属连接套（3）的内壁上有螺旋型槽（17）；在联接座（13）的周边上有3个或3个以上的调节螺钉（10）；在联接座（13）上有一个电容电缆插座（15）。

根据激光切割工艺要求，激光头喷嘴与工件表面间隙应在0.5～3毫米范围内可调，当切割不同厚度工件时，喷嘴上下调节范围更大，一般可达8毫米左右。当喷嘴上下调动时，电容传感器的引线既不能绕轴线转动，也不能上下挪动。本实用新型用了两个金属连接套，一个为活动的，一个为固定的，靠螺纹连接，解决了电容传感器的引出线问题。

在作空间曲面的激光切割时，电容传感器的边缘效应是不能忽略的，它会引起电容传感器的误检测，干扰焦点的自动跟踪。因此，本实用新型在电容传感器（即喷嘴）的侧表面装有屏蔽层，以去掉边缘效应，从而可大大提高电容传感器的抗干扰能力。

在激光切割中，必须使辅助气流与激光光束从喷嘴孔中同轴射出，因此，喷嘴组件应在激光头固定联接座内圆周方向可调，即激光头联接座与喷嘴组件之间留有较大间隙。但若这二者之间不密封，会使辅助气体压力降低。本实用新型在喷嘴组件的固定绝缘套外径圆周上用调节螺钉调节使气流与光束同轴；还可在固定绝缘套外径圆周上加工出一锥面，用调节螺钉调好气流与光束同轴后，紧紧顶住固定绝缘套的锥面，利用斜面的垂直分力，使固定绝缘套紧密地压在激光头联接座上，避免辅助气体的泄漏。

综上所述，本实用新型具有如下优点与效果：①可实现喷嘴的快速更换；②喷嘴可上下微调；③电容传感器引出线不必运动，提高稳定性及可靠性；④传感器外部装有屏蔽层；⑤喷嘴组件内有螺旋导槽，使气流稳定射出；⑥喷嘴组件对中简便，密封可靠。

附图1为一种激光头喷嘴与电容传感器一体化结构；

附图2为另一种激光头喷嘴与电容传感器一体化结构。

以下结合附图对本实用新型所说的技术作进一步的说明。

所说的喷嘴（1）可通过螺纹方式与活动金属连接套（3）连接，也可通过其它方式与之相扣接。活动金属连接套（3）与固定金属连接套（12）之间为螺纹联接，当松开防松螺母（6）之后，活动金属连接套（3）连同喷嘴（1）等组件可在间隙（16）所允许的范围内上下调动。喷嘴（1）、活动金属连接套（3）、固定金属连接套（12）相互连接，其金属连接套为电容传感器（即喷嘴（1））的导体，并接至电容电缆插座（15）上。活动屏蔽罩（2）、固定屏蔽罩（5）、防松螺母（6）、密封套（8）及联接柱（13）均两两相接，从而共同构成屏蔽层。

附图1与附图2分别描述了两种不同结构的密封方式。

附图1中固定绝缘套（11）上部的截面形状为矩型，该矩型的下沿压在联接座（13）的凸缘上，在联接座（13）的凸缘下有一密封套（8），密封套（8）内加工有一锥面，在其锥面的空间内装有密封圈（9），在密封套（8）的下面由一个旋在固定绝缘套（11）上的密封螺母（7）压紧密封套（8），使达到密封目的。在密封螺母（7）的下面还有一个旋在固定屏蔽套（5）上的防松螺母（6）以并紧活动金属连接套（3）和固定金属连接套（12）。活动屏蔽罩（2）旋扣接在活动绝缘套（4）上。

附图2中固定绝缘套（11）上部的截面形状为一斜面，由调节螺钉压紧该斜面，使其固定绝缘套（11）能紧压在联接座（13）的凸缘上达到密封的目的。此时，不再使用密封套，并仅使用一个防松螺母（6）旋在固定屏蔽套（5）上。其它部分的结构原理与附图1相类似。但密封圈（9）可装在固定绝缘套（11）与联接座（13）的凸缘之间。

Claims

1、一种激光头切割头喷嘴与电容传感器一体化结构的激光头，其特征在于，在喷嘴上端连接有一个活动金属连接套，该金属连接套的上部通过螺纹联接有一个固定金属连接套；在活动金属连接套的外面固定有一个活动绝缘套，在该绝缘套的外面还固定有一个固定屏蔽罩和联接有一个活动屏蔽罩；在固定金属连接套的外面有一个固定绝缘套，所说的固定金属连接套与固定绝缘套的上部安置在联接座中，在位于联接座中的固定金属连接套和固定绝缘套的周边上设有3个或者3个以上的通气孔；在固定绝缘套的外面有密封套和/或防松螺母，防松螺母与固定屏蔽罩螺纹联接；在固定金属连接套、固定绝缘套和固定屏蔽罩、活动绝缘套之间有间隙；在活动金属连接套的内壁上有螺旋型槽；在联接座的周边上有3个或3个以上的调节螺钉，及一个电容电缆插座。