CN211804424U - 一种高功率智能激光切割头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高功率智能激光切割头，其包括内部为中空腔体结构的准直镜保护壳、准直镜筒组件、调焦驱动组件、聚焦镜组件、下保护镜组件与喷嘴组件、控制装置以及实时监测系统，实时监测系统包括、腔内压力传感器、腔内温度传感器、准直镜筒温度检测传感器、聚焦镜筒温度检测传感器、保护镜温度检测传感器、检测喷嘴组件内气割气刀压力大小的压力传感器、分别检测下保护镜组件中保护镜片有无、是否安装到位的保护镜缺失检测传感器与磁性霍尔元件传感器。本实用新型实时的监测镜片温度、腔内温度、腔内气压大小、切割气压大小、镜片安装是否到位等进行实时监测，并进行智能报警，保障大功率激光的切割过程。

Description

一种高功率智能激光切割头

【技术领域】

本实用新型属于激光切割技术领域，特别是涉及一种高功率智能激光切割头。

【背景技术】

目前，国内外的中、低功率激光切割头的研发技术已经成熟，国内已有多家激光头生产厂家能够自主设计并生产中、低功率激光切割头。高功率智能切割头不同于中低功率的切割头，是中、低功率切割头在稳定投入切割使用的前提下，由于实际切割过程中，随着一些激光配件产品升级换代(比如高功率激光器的研发投入使用)，以及切割过程中操作越来越自动化、切割样件更广泛化以及产品需求越来越智能化，必然导致高功率智能切割头的研发成为一种发展趋势。

激光切割头的性能稳定性可靠性至关重要，而针对他的几大性能指标的监测是对稳定可靠的保障。目前激光切割头的行业内，大多还是传统的切割头，没有智能监测加持。而随着切割功率的逐步提升，对激光切割头的可靠性提出了更高的要求。

因此，需要提供一种新的高功率智能激光切割头来解决上述问题。

【实用新型内容】

本实用新型的主要目的在于提供一种高功率智能激光切割头，能够自动实时的监测镜片温度、腔内温度、腔内气压大小、切割气压大小、镜片安装是否到位等进行实时监测，并进行智能报警，保障大功率激光的切割过程。

本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种高功率智能激光切割头，其包括内部为中空腔体结构的准直镜保护壳、准直镜筒组件、调焦驱动组件、聚焦镜组件、下保护镜组件与喷嘴组件、一控制装置以及与所述控制装置电气连接的实时监测系统，所述实时监测系统包括分别监测所述腔体内压力、温度大小的腔内压力传感器与腔内温度传感器、检测所述准直镜筒组件中准直镜片温度的准直镜筒温度检测传感器、检测所述聚焦镜筒组件内聚焦镜片温度的聚焦镜筒温度检测传感器、检测所述下保护镜组件中保护镜片温度的保护镜温度检测传感器、检测所述喷嘴组件内气割气刀压力大小的压力传感器、分别检测所述下保护镜组件中保护镜片有无、是否安装到位的保护镜缺失检测传感器与磁性霍尔元件传感器。

进一步的，所述控制装置包括单片机主控板、与所述单片机主控板电气连接的伺服驱动器、与所述单片机主控板电气连接的上位机以及报警单元，所述单片机内设置有蓝牙通信模块。

进一步的，所述调焦驱动组件包括壳体、封闭所述壳体的前盖板、固定在所述壳体内的支撑座、固定座与伺服电机、受所述伺服电机驱动进行旋转的且架设在所述支撑座与所述固定座之间的丝杠、套设在所述丝杠上的螺帽支架、固定设置在所述螺帽支架上的且位于所述壳体外的所述准直镜筒组件、固定在所述壳体上且监测所述准直镜筒组件上下运动距离的光栅尺组件，所述壳体内部还设置有限定所述螺帽支架上下高度的限位开关，所述伺服电机的输出端通过一柔性联轴器与所述丝杠连接，所述准直镜筒组件位于所述腔体内。

进一步的，所述准直镜保护壳的顶部设置有电源PCB板、一侧表面设置有主控PCB板，所述电源PCB板上设置有检测所述腔体内温度的所述腔内温度传感器、检测所述腔体内压力大小的所述腔内压力传感器，所述主控PCB板上设置有检测所述准直镜镜筒组件内准直镜片温度的所述准直镜筒温度检测传感器。

进一步的，所述聚焦镜组件包括聚焦外罩、聚焦压板、聚焦镜筒组件、所述聚焦镜筒温度检测传感器、聚焦前盖板；所述聚焦镜筒温度检测传感器固定在所述聚焦外罩上，所述聚焦镜筒组件通过所述聚焦前盖板锁紧在所述聚焦外罩上，所述聚焦压板通过螺钉和所述聚焦外罩固定，所述聚焦压板将所述聚焦镜筒组件约束在所述聚焦外罩的内腔内；所述聚焦外罩外侧开有过孔，所述聚焦镜筒温度检测传感器通过所述聚焦外罩外侧的过孔对所述聚焦外罩内腔的所述聚焦镜筒组件中聚焦镜片的温度进行实时监测。

进一步的，所述下保护镜组件包括传感器保护镜座、设置在所述传感器保护镜座上部凹槽内的PCB板、设置在所述PCB板上的所述保护镜温度检测传感器与检测保护镜有无的所述保护镜缺失检测传感器、水平可滑动的设置在所述传感器保护镜座板底部滑槽内的保护镜座、设置在所述保护镜座上的且自上而下分布的润滑片、镜片压镜钢圈、保护镜片以及泛塞封、压合设置在所述传感器保护镜座板底部的LED安装座、内嵌设置在所述LED安装座内且对准所述保护镜片的外挡风环、内挡风环、设置在所述LED安装座一侧的气嘴块、设置在所述气嘴块上的管接头。

进一步的，所述PCB板上设置有一位于所述保护镜片正上方的安装环，所述保护镜缺失检测传感器包括一对称安装在所述安装环上的红光发射器与红光接收器，通过所述红光发射器发射红光到下方的所述保护镜上然后反射出去后是否能够被红光接收器接收到，来判定保护镜片是否缺失。

进一步的，所述保护镜座上设置有一磁铁块，所述PCB板上设置有感应所述磁铁块磁力大小的所述磁性霍尔元件传感器。

进一步的，所述LED安装座中部设置有上下贯通且向上直通所述保护镜片的通孔，所述吹气流道与所述通孔连通，所述外挡风环设置在所述通孔中，所述内挡风环设置在所述外挡风环内，所述外挡风环圆周表面设置有若干与所述吹气流道连通的吹气口，所述外挡风环与所述内挡风环之间形成有与所述喷嘴组件内部气道连通的吹气环形腔体，所述LED安装座内部设置有与所述吹气环形腔体连通的气压检测通道，所述压力传感器串联设置在所述气压检测通道上。

进一步的，所述吹气环形腔体的底部为密封状态且上部为开口结构，切割辅助气体经过所述管接头、所述气嘴块进入所述吹气流道内，然后进入所述吹气环形腔体中，再向上扫射所述保护镜片后进入所述喷嘴组件中经喷嘴喷出，对切割头切割起到辅助气割保护作用。

与现有技术相比，本实用新型一种高功率智能激光切割头的有益效果在于：具有准直、聚焦、保护镜片温度检测，切割气压、腔内气压检测，Ether Cat通信，蓝牙模块，下保护镜座到位检测、下保护镜丢失检测等功能集一身的智能激光切割头。

【附图说明】

图1为本实用新型实施例分模块的爆炸结构示意图；

图2为本实用新型实施例中调焦驱动组件的爆炸结构示意图；

图3为本实用新型实施例中准直镜保护壳内部的爆炸结构示意图；

图4为本实用新型实施例中聚焦镜组件的爆炸结构示意图；

图5为本实用新型实施例中下保护镜组件的爆炸结构示意图；

图6为本实用新型实施例中下保护镜组件的部分爆炸结构示意图；

图7为本实用新型实施例中LED安装座的剖面结构示意图；

图8为本实用新型实施例中气割吹气通道分布的结构示意图。

【具体实施方式】

实施例：

请参照图1-图8，本实施例为高功率智能激光切割头，其包括光纤连接组件1001、背板水冷组件1002、调焦驱动组件1004、聚焦镜组件1005、下保护镜组件1006、喷嘴组件1003以及放大器组件1007。

调焦驱动组件1004包括壳体1、封闭壳体1的前盖板10、固定在壳体1内的支撑座5、固定座8与伺服电机11、受伺服电机11驱动进行旋转的且架设在支撑座5与固定座8之间的丝杠6、套设在丝杠6上的螺帽支架4、固定设置在螺帽支架4上的且位于壳体1外的准直镜筒组件23、固定在壳体1上且监测准直镜筒组件23上下运动距离的光栅尺组件3。壳体1内部还设置有限定螺帽支架4上下高度的限位开关7。伺服电机11的输出端通过联轴器9与丝杠6连接。

壳体1的外侧设置有一准直镜保护壳20，准直镜保护壳20内部形成有一腔体201，准直镜筒组件23位于所述腔体201内。

准直镜筒组件23内部装有准直镜片，准直镜筒组件23由交叉滚子导轨可滑动的设置在壳体1上，准直镜筒组件23的同轴度、平行度、直线度等均由导轨精度保证；伺服电机11、固定座8、支撑座5均固定在壳体1上，螺帽支架4的一侧跟丝杠6的螺母连接、另一侧跟准直镜筒组件23连接。丝杠6由固定座8和支撑座5支撑，丝杆6和伺服电机11间装有柔性联轴器9，可消除电机、丝杠间的同轴误差。伺服电机11驱动丝杆6的同时，带动准直镜筒组件23上下移动，从而实现光学上的变焦调节。限位开关7装在壳体1内部两侧，螺帽支架4的两侧可以对限位开关7的位置起到感应作用；同样的，壳体1上还设计有硬限位开口槽，可以使螺帽支架4在指定的位置范围内运动。光栅尺组件3包括读头、光栅尺及支撑座，读头靠支撑座固定在壳体1上，光栅尺跟准直镜筒组件23连接，读头可以在支撑座上调整和光栅尺之间的高度及左右位置，以达到最佳感应位置。读头可以对光栅尺的实时位置进行读取和识别，同时反馈给上位机系统，再对焦点位置进行补偿控制。

准直镜筒组件23从一侧表面开口处伸入准直镜保护壳20内部，准直镜保护壳20的顶部设置有电源PCB板21、一侧表面设置有主控PCB板22，电源PCB板21上设置有检测所述腔体内温度的腔内温度传感器2101、检测所述腔体内压力大小的腔内压力传感器2102，主控PCB板22上设置有检测准直镜镜筒组件23内的温度的准直镜筒温度检测传感器2201。

主控PCB板22固定在准直镜保护壳20的侧面，准直镜筒温度检测传感器2201焊接在主控PCB板22上，所述主控PCB板22的侧面开有过孔，准直镜筒温度检测传感器2201通过过孔可以对主控PCB板22内腔的准直镜筒组件23的温度进行实时监测。主控PCB板22的另一侧表面还设置有封闭腔室24，封闭腔室24内流动有循环冷却水。

另外，电源PCB板21也固定在准直镜保护壳20零件上，且电源PCB板21与准直镜保护壳20的内腔连通，所述电源PCB板21上焊有腔内温度传感器2101，所述腔内温度传感器2101可以对切割头腔内的温度进行实时监测。

光纤连接组件1001的底部压合在准直镜保护壳20的顶部上，准直镜保护壳20的底部与聚焦镜组件1005的顶部压合连接，聚焦镜组件1005的底部与下保护镜组件1006的顶部压合连接，下保护镜组件1006的底部与喷嘴组件1003的顶部压合连接。光纤连接组件1001输出的激光束依次穿过聚焦镜组件1005、下保护镜组件1006并由喷嘴组件1003末端射出。

聚焦镜组件1005包括聚焦外罩18、贴合设置在聚焦外罩18与准直镜保护壳20之间的聚焦压板16、设置在聚焦外罩18内的聚焦镜筒组件17、设置在聚焦外罩18上且检测聚焦镜筒组件17内温度的聚焦镜筒温度检测传感器15、固定在聚焦外罩18前侧面的聚焦前盖板19。

聚焦镜筒温度检测传感器15固定在聚焦外罩18上，聚焦镜筒组件17通过聚焦前盖板19锁紧在聚焦外罩18上，聚焦压板16通过螺钉和聚焦外罩18固定，聚焦压板16将聚焦镜筒组件17约束在聚焦外罩18的内腔内；聚焦外罩18外侧开有过孔，聚焦镜筒温度检测传感器15上的温度检测传感器(图中未标识)通过聚焦外罩18外侧的过孔对聚焦外罩18内腔的聚焦镜筒组件17的温度进行实时监测。

下保护镜组件1006包括传感器保护镜座101、设置在传感器保护镜座101上部凹槽1011内的PCB板116、设置在PCB板116上的保护镜温度检测传感器117与检测保护镜有无的保护镜缺失检测传感器122、水平可滑动的设置在传感器保护镜座板101底部滑槽123内的保护镜座118、设置在保护镜座118上的且自上而下分布的润滑片102、镜片压镜钢圈103、保护镜片104以及泛塞封110、压合设置在传感器保护镜座板101底部的LED安装座109、内嵌设置在LED安装座109内且对准保护镜片104的外挡风环107、内挡风环108、设置在LED安装座109一侧的气嘴块114、设置在气嘴块114上的管接头115。保护镜座118的前侧表面通过滚花螺丝105固定设置有保护镜座前盖板106，LED安装座109内部设置吹气流道1091，气嘴块114内部设置有连通吹气流道1091与管接头115的通气管路1141。气嘴块114与LED安装座109连接处设置有O型圈111。

PCB板116上设置有一位于保护镜片正上方的安装环119，保护镜缺失检测传感器113包括一对称安装在安装环119上的红光发射器与红光接收器，通过红光发射器发射红光到下方的保护镜上然后反射出去是否能够被红光接收器接收到，来判定保护镜是否缺失。

保护镜座118上设置有一磁铁块120，PCB板116上设置有感应磁铁块120磁力大小的磁性霍尔元件传感器121。通过磁性霍尔元件传感器121感应磁铁块120的磁力值大小，可以判定保护镜座118是否安装到位，保障保护镜片安装位置的准确性，减少激光头正常使用过程中由于保护镜片没有安装到位而出现的意外发生。

LED安装座109中部设置有上下贯通且向上直通保护镜片104的通孔1092，吹气流道1091与通孔1092连通，外挡风环107设置在通孔1092中，内挡风环108设置在外挡风环107内，外挡风环107圆周表面设置有若干与吹气流道1091连通的吹气口1093，外挡风环107与内挡风环108之间形成有与喷嘴组件1003内部气道连通的吹气环形腔体1094，LED安装座109上还设置有监测吹气流道1091中气压大小的压力传感器112。

所述吹气环形腔体1094的底部为密封状态且上部为开口结构，切割辅助气体经过管接头115、气嘴块114进入吹气流道1091内，然后进入吹气环形腔体1094中，再向上扫射保护镜片104后进入喷嘴组件1003中经喷嘴喷出，对切割头切割起到辅助气割保护作用。

保护镜片104靠镜片压镜钢圈103压紧固定在保护镜座118上，保护镜座118与保护镜座前盖板106连接，保护镜座前盖板106靠滚花螺丝105固定在传感器保护镜座101上。LED安装座109与传感器保护镜座101靠螺钉和销钉固定在一起，保护镜座118位于LED安装座109与传感器保护镜座101之间，保护镜座118可以在LED安装座109与传感器保护镜座101之间来回抽拔。压力传感器112固定在传感器保护镜座101和LED安装座109之间，LED安装座109开有进气口，LED安装座109与气嘴口114靠螺钉连接，管接头115固定在气嘴口114上。内挡风环108与外挡风环107靠螺纹紧固连接，外挡风环107与LED安装座109之间靠螺钉连接。LED安装座109同时开有气压检测通道1094，直接与压力传感器112连通。LED安装座109气压检测通道1094另一端由顶丝113拧紧密封。

本实施例中，通过设置了一系列的温度传感器，如检测准直镜保护壳20腔内温度的腔内温度传感器2101、检测准直镜筒组件23温度的准直镜筒温度检测传感器2201、检测聚焦镜筒组件17内温度的聚焦镜筒温度检测传感器15、检测保护镜片温度的保护镜温度检测传感器117，实时监控光学系统中各光学镜片的温度和光束传播环境空间内的温度，并针对异常情况进行报警，保障激光加工过程，并有效保护激光器和各组镜片。

本实施例还设置有一系列的压力传感器，如检测准直镜保护壳20腔内的压力大小的腔内压力传感器2102、检测切割气压大小的压力传感器112，针对异常情况进行报警，有效保护激光器。

本实施例还设置有检测下保护镜片有无的保护镜缺失检测传感器122以及检测下保护镜片是否安装到位的磁性霍尔元件传感器121，保障激光加工过程中保护镜片始终进行保护作用，从而进一步的保障加工过程的可靠性和有效性。

本实施例还包括控制装置，所述控制装置包括单片机主控板、与单片机主控板电气连接的伺服驱动器、与单片机主控板电气连接的上位机以及报警单元，单片机内设置有蓝牙通信模块，可与手机蓝牙实现连接。光栅尺连接至该伺服驱动器，伺服电机与伺服电机的编码器也连接至该伺服驱动器，编码器提供速度反馈，光栅尺提供位置反馈，从而实现全闭环的更高精度的控制。上述所有的传感器均与单片机主控板电气连接。

本实施例一种高功率智能激光切割头的有益效果在于：具有准直、聚焦、保护镜片温度检测，切割气压、腔内气压检测，Ether Cat通信，蓝牙模块，下保护镜座到位检测、下保护镜丢失检测等功能集一身的智能激光切割头。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种高功率智能激光切割头，其特征在于：其包括内部为中空腔体结构的准直镜保护壳、准直镜筒组件、调焦驱动组件、聚焦镜组件、下保护镜组件与喷嘴组件、一控制装置以及与所述控制装置电气连接的实时监测系统，所述实时监测系统包括分别监测所述腔体内压力、温度大小的腔内压力传感器与腔内温度传感器、检测所述准直镜筒组件中准直镜片温度的准直镜筒温度检测传感器、检测所述聚焦镜组件内聚焦镜片温度的聚焦镜筒温度检测传感器、检测所述下保护镜组件中保护镜片温度的保护镜温度检测传感器、检测所述喷嘴组件内气割气刀压力大小的压力传感器、分别检测所述下保护镜组件中保护镜片有无、是否安装到位的保护镜缺失检测传感器与磁性霍尔元件传感器。

2.如权利要求1所述的高功率智能激光切割头，其特征在于：所述控制装置包括单片机主控板、与所述单片机主控板电气连接的伺服驱动器、与所述单片机主控板电气连接的上位机以及报警单元，所述单片机内设置有蓝牙通信模块。

3.如权利要求2所述的高功率智能激光切割头，其特征在于：所述调焦驱动组件包括壳体、封闭所述壳体的前盖板、固定在所述壳体内的支撑座、固定座与伺服电机、受所述伺服电机驱动进行旋转的且架设在所述支撑座与所述固定座之间的丝杠、套设在所述丝杠上的螺帽支架、固定设置在所述螺帽支架上的且位于所述壳体外的所述准直镜筒组件、固定在所述壳体上且监测所述准直镜筒组件上下运动距离的光栅尺组件，所述壳体内部还设置有限定所述螺帽支架上下高度的限位开关，所述伺服电机的输出端通过一柔性联轴器与所述丝杠连接，所述准直镜筒组件位于所述腔体内。

4.如权利要求3所述的高功率智能激光切割头，其特征在于：所述准直镜保护壳的顶部设置有电源PCB板、一侧表面设置有主控PCB板，所述电源PCB板上设置有检测所述腔体内温度的所述腔内温度传感器、检测所述腔体内压力大小的所述腔内压力传感器，所述主控PCB板上设置有检测所述准直镜镜筒组件内准直镜片温度的所述准直镜筒温度检测传感器。

5.如权利要求4所述的高功率智能激光切割头，其特征在于：所述聚焦镜组件包括聚焦外罩、聚焦压板、聚焦镜筒组件、所述聚焦镜筒温度检测传感器、聚焦前盖板；所述聚焦镜筒温度检测传感器固定在所述聚焦外罩上，所述聚焦镜筒组件通过所述聚焦前盖板锁紧在所述聚焦外罩上，所述聚焦压板通过螺钉和所述聚焦外罩固定，所述聚焦压板将所述聚焦镜筒组件约束在所述聚焦外罩的内腔内；所述聚焦外罩外侧开有过孔，所述聚焦镜筒温度检测传感器通过所述聚焦外罩外侧的过孔对所述聚焦外罩内腔的所述聚焦镜筒组件中聚焦镜片的温度进行实时监测。

6.如权利要求5所述的高功率智能激光切割头，其特征在于：所述下保护镜组件包括传感器保护镜座、设置在所述传感器保护镜座上部凹槽内的PCB板、设置在所述PCB板上的所述保护镜温度检测传感器与检测保护镜有无的所述保护镜缺失检测传感器、水平可滑动的设置在所述传感器保护镜座底部滑槽内的保护镜座、设置在所述保护镜座上的且自上而下分布的润滑片、镜片压镜钢圈、保护镜片以及泛塞封、压合设置在所述传感器保护镜座底部的LED安装座、内嵌设置在所述LED安装座内且对准所述保护镜片的外挡风环、内挡风环、设置在所述LED安装座一侧的气嘴块、设置在所述气嘴块上的管接头。

7.如权利要求6所述的高功率智能激光切割头，其特征在于：所述PCB板上设置有一位于所述保护镜片正上方的安装环，所述保护镜缺失检测传感器包括一对称安装在所述安装环上的红光发射器与红光接收器，通过所述红光发射器发射红光到下方的所述保护镜上然后反射出去后是否能够被红光接收器接收到，来判定保护镜片是否缺失。

8.如权利要求7所述的高功率智能激光切割头，其特征在于：所述保护镜座上设置有一磁铁块，所述PCB板上设置有感应所述磁铁块磁力大小的所述磁性霍尔元件传感器。

9.如权利要求8所述的高功率智能激光切割头，其特征在于：所述LED安装座中部设置有上下贯通且向上直通所述保护镜片的通孔、与所述通孔连通的吹气流道，所述外挡风环设置在所述通孔中，所述内挡风环设置在所述外挡风环内，所述外挡风环圆周表面设置有若干与所述吹气流道连通的吹气口，所述外挡风环与所述内挡风环之间形成有与所述喷嘴组件内部气道连通的吹气环形腔体，所述LED安装座内部设置有与所述吹气环形腔体连通的气压检测通道，所述压力传感器串联设置在所述气压检测通道上。

10.如权利要求9所述的高功率智能激光切割头，其特征在于：所述吹气环形腔体的底部为密封状态且上部为开口结构，切割辅助气体经过所述管接头、所述气嘴块进入所述吹气流道内，然后进入所述吹气环形腔体中，再向上扫射所述保护镜片后进入所述喷嘴组件中经喷嘴喷出，对切割头切割起到辅助气割保护作用。

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