CN209936143U - 一种结构改进的激光切割头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种结构改进的激光切割头，它包括外壳和安装于外壳内的聚焦装置，聚焦装置包括聚焦透镜和透镜托架，所述外壳的侧壁上设有开口，激光切割头还包括冷却装置，该冷却装置包括帕尔帖元件、导热盖板、带状的柔性导热带以及散热元件，柔性导热带的一端固定于透镜托架；另一端固定于导热盖板的正面，所述导热盖板密封覆盖于外壳的开口，所述帕尔帖元件的吸热端固定于导热盖板的背面，帕尔帖元件的放热端与散热元件固定连接。本实用新型利用帕尔帖元件对聚焦透镜进行导热，不仅能获得理想的散热效果，而且能有效避免气流冷却系统中的气流杂质对聚焦透镜的折射率造成的负面影响，从而确保激光束的焦点聚焦在工件表面期望的最佳点上。

Description

一种结构改进的激光切割头

技术领域

本实用新型涉及一种激光切割装置，特别是指一种用于金属板切割/冲压机床中光纤激光切割系统的激光切割头。

背景技术

光纤激光切割系统用于切割、雕刻和焊接零件是众所周知的，并且在加工金属板和金属板的机床领域中得到了广泛的应用。

光纤激光切割系统的主要原理是利用光纤电缆将激光束传输到切割头，切割头通常包括准直装置和聚焦装置，该准直装置将离开光纤的光束会聚在聚焦装置上，该聚焦装置能够将准直的激光束聚焦在待切割的工件上。

上述聚焦装置包括聚焦透镜和透镜托架，所述聚焦透镜和透镜托架通常安装在密封的外壳内，以防止被外界因素的污染，这些污染因素会弄脏透镜并因此改变其光学特性。

事实上，穿过聚焦透镜的激光束的一小部分能量由于不同的原因被吸收并转化为热量，主要是因为光学器件(涂层和基底)的非绝对透明性。长时间使用产生的热量导致整个切割头，特别是聚焦透镜的温度明显升高。这种温度升高导致聚焦透镜本身折射率发生变化，从而导致焦点的移动。这种现象通常被称为“热焦点偏移”，使得切割系统不可能将激光束聚焦在工件表面上期望的最佳点上。

聚焦透镜的温度升高还会损坏设置在透镜表面上的保护层，导致聚焦透镜光学特性的进一步变化。

为了解决这个问题，目前的激光切割头都需要配备一套冷却系统进行工作。已知的冷却系统在受控温度下将气体(通常是氮气)引入，使得气体流过聚焦透镜，从而冷却所述聚焦透镜。使用气流的冷却系统主要具有以下两个缺点：首先，需要使用不含污染元素的昂贵气体，成本较高，而且气体本身不能100%保证不含污染元素。气体中包含的少量污染或外来颗粒或元素可能沉积在聚焦透镜上，不仅导致光学器件折射率的变化，还导致激光束能量的吸收，从而降低可用于切割的功率。

实用新型内容

本实用新型提供了一种激光切割头，其目的在于克服现有气流冷却系统存在的成本高昂以及长期使用后影响到聚焦透镜折射率的问题。

为了达到目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种结构改进的激光切割头，包括外壳和安装于外壳内的聚焦装置，聚焦装置包括聚焦透镜和透镜托架，透镜托架可滑动地安装在外壳内，所述聚焦透镜固定安装于透镜托架中，并且聚焦透镜的周缘与透镜托架紧密贴合，所述外壳的侧壁上设有开口，所述激光切割头还包括冷却装置，该冷却装置包括帕尔帖元件、导热盖板、带状的柔性导热带以及散热元件，所述柔性导热带的一端固定于透镜托架；另一端固定于导热盖板的正面，所述导热盖板密封覆盖于外壳的开口，所述帕尔帖元件的吸热端固定于导热盖板的背面，帕尔帖元件的放热端与散热元件固定连接。

进一步的，所述导热盖板由铝合金或黄铜制成。

进一步的，所述柔性导热带为编制铜带或者石墨涂敷带。

进一步的，所述散热元件包括由高导热材料制成的主体和多块散热板，所述主体呈中空的立方体形，该主体的上、下两端均为开口端，所述各散热板间隔且相互平行地安装于主体的中空腔体内。

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型利用帕尔帖元件对聚焦透镜进行导热，不仅能获得理想的散热效果，而且能有效避免气流冷却系统中的气流杂质对聚焦透镜的折射率造成的负面影响，从而确保激光束的焦点聚焦在工件表面期望的最佳点上。

附图说明

图1为本实用新型未安装冷却装置的结构示意图。

图2为安装有冷却装置的结构示意图。

图3为图2的分解结构示意图。

图4为冷却装置与聚焦装置配合的结构示意图。

图示说明：1准直装置，2聚焦装置，3外壳，4切割喷嘴，21聚焦透镜，22透镜托架，31开口，5冷却装置，6帕尔帖元件，7导热盖板，8柔性导热带，9散热元件，薄板面61，薄板面62，81分叉端，82汇合端，91主体，92散热板。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合实施例对本实用新型作详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参照图1，一种结构改进的激光切割头，主要包括准直装置1、聚焦装置2、外壳3以及切割喷嘴4，准直装置1安装于外壳3的顶部，聚焦装置2安装于外壳4内部，切割喷嘴4安装于外壳3的底部。使用时，准直装置1将离开光纤（图中未画出）的光束会聚在聚焦装置2上，该聚焦装置2能够将准直的激光束聚焦在待切割的工件上。

继续参照图1，所述外壳3呈长方体形，聚焦装置2安装于外壳3内，并且在聚焦装置2相对的外壳3侧壁上开设有长方形的开口31。从图中可以看出，所述聚焦装置2包括圆形的聚焦透镜21和圆形的透镜托架22，透镜托架22可滑动地安装在外壳3内，所述聚焦透镜21固定安装于透镜托架22中，并且聚焦透镜21的周缘与透镜托架22紧密贴合，由于聚焦透镜21和透镜托架22在现有技术中较为常见，因此其具体结构不再进行赘述。

同时参照图2、图3和图4，所述激光切割头还包括冷却装置5，该冷却装置5包括帕尔帖元件6、导热盖板7、带状的柔性导热带8以及散热元件9。本实用新型主要利用帕尔帖元件6对聚焦透镜21进行导热，帕尔贴元件6也叫半导体制冷片，英文称为Peltier，它是一种产生负热阻的制冷技术，是市场上较为常见的部件。主要利用半导体材料的帕尔帖效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，实现制冷目的。本实用新型的珀尔帖元件6具有两侧的薄板面61、62，其中一侧薄板面61吸热，而另一侧的薄板面62放热。热量传递的方向取决于施加在该板端部的直流电的方向。所述柔性导热带8为编制铜带或者石墨涂敷带，从图中可以看出，所述柔性导热带8大致呈“人”字形，它包括两个分叉端81和一个汇合端82，所述各分叉端81分别固定于透镜托架22的相对侧，所述汇合端82固定于导热盖板7的正面（导热盖板7由铝合金或黄铜制成），并且导热盖板7密封覆盖于外壳3的开口31。另外，上述帕尔帖元件6的吸热薄板面61固定于导热盖板7的背面，帕尔帖元件6的放热薄板面62与散热元件9固定连接。

进一步的，所述散热元件9包括由高导热材料制成的主体91和多块散热板92，所述主体91呈中空的立方体形，该主体91的上、下两端均为开口端，所述各散热板92间隔且相互平行地安装于主体91的中空腔体内。上述帕尔帖元件6的放热薄板面62与散热元件9的主体91固定连接。

工作时，聚焦透镜21将热量传递给透镜托架22，透镜托架22通过柔性导热带8将热量传递给导热盖板7，导热盖板7上的热量由帕尔帖元件6的吸热薄板面61吸收并通过帕尔帖元件6的放热薄板面62将热量传递给散热元件9，并最终由散热元件9散热。本实用新型利用帕尔帖元件6对聚焦透镜21进行导热，并最终通过散热元件9散热，不仅能获得理想的散热效果，而且能有效避免气流冷却系统中的气流杂质对聚焦透镜21的折射率造成的负面影响，从而确保激光束的焦点聚焦在工件表面期望的最佳点上。

以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种结构改进的激光切割头，包括外壳和安装于外壳内的聚焦装置，聚焦装置包括聚焦透镜和透镜托架，透镜托架可滑动地安装在外壳内，所述聚焦透镜固定安装于透镜托架中，并且聚焦透镜的周缘与透镜托架紧密贴合，其特征在于：所述外壳的侧壁上设有开口，所述激光切割头还包括冷却装置，该冷却装置包括帕尔帖元件、导热盖板、带状的柔性导热带以及散热元件，所述柔性导热带的一端固定于透镜托架；另一端固定于导热盖板的正面，所述导热盖板密封覆盖于外壳的开口，所述帕尔帖元件的吸热端固定于导热盖板的背面，帕尔帖元件的放热端与散热元件固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种结构改进的激光切割头，其特征在于：所述导热盖板由铝合金或黄铜制成。

3.根据权利要求1所述的一种结构改进的激光切割头，其特征在于：所述柔性导热带为编制铜带或者石墨涂敷带。

4.根据权利要求1所述的一种结构改进的激光切割头，其特征在于：所述散热元件包括由高导热材料制成的主体和多块散热板，所述主体呈中空的立方体形，该主体的上、下两端均为开口端，所述各散热板间隔且相互平行地安装于主体的中空腔体内。

Images