RU151792U1 - OPTICAL HEAD FOR LASER CUTTING OF SHEET METAL THICKNESS 12 MM AND ABOVE WITH CONTINUOUS FIBER LASER WITH POWER UP TO 4 KW - Google Patents

OPTICAL HEAD FOR LASER CUTTING OF SHEET METAL THICKNESS 12 MM AND ABOVE WITH CONTINUOUS FIBER LASER WITH POWER UP TO 4 KW Download PDF

Info

Publication number
RU151792U1
RU151792U1 RU2014140571/02U RU2014140571U RU151792U1 RU 151792 U1 RU151792 U1 RU 151792U1 RU 2014140571/02 U RU2014140571/02 U RU 2014140571/02U RU 2014140571 U RU2014140571 U RU 2014140571U RU 151792 U1 RU151792 U1 RU 151792U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical axis
focusing
along
optical
telescopic
Prior art date
Application number
RU2014140571/02U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Васильевич Минаев
Иван Владимирович Голышев
Николай Николаевич Сергеев
Александр Евгеньевич Гвоздев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ТЕЛАР"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ТЕЛАР" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ТЕЛАР"
Priority to RU2014140571/02U priority Critical patent/RU151792U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU151792U1 publication Critical patent/RU151792U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

1. Оптическая головка непрерывного волоконного лазера мощностью до 4 кВт для лазерной резки листового металла толщиной 12-20 мм, содержащая систему слежения за поверхностью обрабатываемого металла и последовательно размещенные в корпусе головки вдоль оптической оси узел сопла с комплектом сопел, фокусирующую систему, телескопическую систему и устройство вывода лазерного излучения из оптического волокна, отличающаяся тем, что она снабжена узлом для перемещения фокусирующей системы вдоль оптической оси относительно телескопической системы, выполненным с возможностью обеспечения соотношения фокуса объектива телескопической системы fк фокусу объектива фокусирующей системы fравного 1/3, и узлом для одновременного перемещения вдоль оптической оси фокусирующей и телескопической системы, выполненным с возможностью обеспечения соотношения диаметра сопла оптической головки dк высоте положения фокального пятна на оптической оси относительно поверхности обрабатываемого металла hравного 1/3, при этом использована емкостная система слежения за поверхностью обрабатываемого металла, которая установлена на корпусе головки.2. Оптическая головка по п. 1, отличающаяся тем, что узел для перемещения фокусирующей системы вдоль оптической оси относительно телескопической системы выполнен в виде двух связанных между собой резьбовым соединением цилиндров разного диаметра с возможностью перемещения друг относительно друга вдоль оптической оси, при этом фокусирующая система установлена со стороны свободного торца цилиндра меньшего диаметра, а телескопическая система установлена со стороны свободного торца второго ци�1. The optical head of a continuous fiber laser with a power of up to 4 kW for laser cutting of sheet metal with a thickness of 12-20 mm, containing a tracking system for the surface of the processed metal and sequentially placed in the head housing along the optical axis of the nozzle assembly with a set of nozzles, a focusing system, a telescopic system and a device for outputting laser radiation from an optical fiber, characterized in that it is equipped with a node for moving the focusing system along the optical axis relative to the telescopic system we are made with the possibility of ensuring the ratio of the focus of the lens of the telescopic system f to the focus of the lens of the focusing system f 1/3, and a node for simultaneous movement along the optical axis of the focusing and telescopic system, made with the possibility of ensuring the ratio of the diameter of the nozzle of the optical head d to the height of the focal spot on the optical axis relative to the surface of the metal being machined equal to 1/3, while the capacitive tracking system for the surface of the processed metal is used Talla, which is installed on the head body. 2. The optical head according to claim 1, characterized in that the assembly for moving the focusing system along the optical axis relative to the telescopic system is made in the form of two cylinders of different diameters connected by a threaded joint with the possibility of moving relative to each other along the optical axis, while the focusing system is mounted with side of the free end of the cylinder of smaller diameter, and the telescopic system is installed on the side of the free end of the second cylinder

Description

Полезная модель относится к оптическим головкам, предназначенным для раскроя листового металла толщиной 12 мм и выше непрерывным волоконным лазером мощностью до 4 кВт.The utility model relates to optical heads intended for cutting sheet metal with a thickness of 12 mm and higher by a continuous fiber laser with a power of up to 4 kW.

В настоящее время существует множество производителей лазерных оптических головок для волоконных лазеров, такие как IPG Photonics, PrecitecGroup, ROFIN-SINAR, OPTOSKAND, HighYag и другие. В оптических головках этих производителей используются коллимирующая линза с fk=100…150 мм и фокусирующая линза с fo=150…200 мм. Соответствующее фокальное пятно имеет диаметр d=190 мкм. Резка металла при помощи волоконных лазеров с использование лазерных оптических головок вышеупомянутых производителей обеспечивает высокое качество кромки реза (шероховатость Rz=40…80 мкм), что позволяет получать готовые детали без финишной обработки. Но данная тенденция наблюдается на толщинах листового металла менее 12 мм. При увеличении толщины обрабатываемого металла значительно падает качество кромки реза, что вызвано рассеиванием лазерного пучка внутри реза, пучок рассеивается на большие углы и поглощается боковыми стенками. Это является существенным недостатком представленных решений.Currently, there are many manufacturers of laser optical heads for fiber lasers, such as IPG Photonics, PrecitecGroup, ROFIN-SINAR, OPTOSKAND, HighYag and others. The optical heads of these manufacturers use a collimating lens with f k = 100 ... 150 mm and a focusing lens with f o = 150 ... 200 mm. The corresponding focal spot has a diameter of d = 190 μm. Cutting metal using fiber lasers using laser optical heads of the above manufacturers provides high quality cutting edges (roughness Rz = 40 ... 80 μm), which allows to obtain finished parts without finishing. But this trend is observed on sheet metal thicknesses less than 12 mm. With an increase in the thickness of the metal being treated, the quality of the cut edge decreases significantly, which is caused by the scattering of the laser beam inside the cut, the beam is scattered at large angles and absorbed by the side walls. This is a significant drawback of the presented solutions.

Наиболее близким по достигаемому техническому результату к предлагаемому решению является полезная модель оптической головки для лазерной обработки, содержащая систему служение за поверхностью обрабатываемого металла, последовательно размещенные в корпусе вдоль оптической оси узел сопла, фокусирующую систему, телескопическую систему и устройство вывода лазерного излучения из оптического волокна (Патент РФ №34427, дата начала отсчета срока действия патента: 11.06.2003).The closest technical result achieved to the proposed solution is a useful model of an optical head for laser processing, containing a service system behind the surface of the metal being processed, nozzle assemblies, a focusing system, a telescopic system, and a device for outputting laser radiation from an optical fiber sequentially placed in the housing along the optical axis ( RF patent No. 34427, the date the patent validity starts: 06/11/2003).

Конструкция данной лазерной оптической головки не позволяет достичь высокого качества кромки реза на толстолистовом металле (толщиной 12 мм и более).The design of this laser optical head does not allow to achieve high quality cut edges on plate metal (12 mm thick or more).

Технический результат - повышение качества кромки реза листового металла толщиной 12 мм и выше непрерывным волоконным лазером мощностью до 4 кВт за счет получения максимальной длины перетяжки без потери плотности излучения.The technical result is an increase in the quality of the cutting edge of sheet metal with a thickness of 12 mm and higher by a continuous fiber laser with a power of up to 4 kW by obtaining the maximum waist length without loss of radiation density.

Указанный технический результат достигается тем, что известная оптическая головка для лазерной резки листового металла непрерывным волоконным лазером, содержащая систему слежения за поверхностью обрабатываемого металла и последовательно размещенные в корпусе вдоль оптической оси узел сопла, фокусирующую систему, телескопическую систему и устройство вывода лазерного излучения из оптического волокна, снабжена узлом, обеспечивающим перемещение вдоль оптической оси фокусирующей системы относительно телескопической системы с возможностью получения соотношения фокуса объектива телескопической системы fk к фокусу объектива фокусирующей системы fo равным 1/3, и узлом, обеспечивающим одновременное перемещение вдоль оптической оси фокусирующей и телескопической системы с возможностью получения соотношения диаметра сопла оптической головки dc к высоте положения фокального пятна на оптической оси относительно поверхности обрабатываемого металла hф равным 1/3, при этом система слежения за поверхностью обрабатываемого металла выполнена емкостной и установлена на корпусе оптической головки, а резку ведут при соотношении фокуса объектива телескопической системы fk к фокусу объектива фокусирующей системы fo и диаметра сопла оптической головки dc к высоте положения фокального пятна на оптической оси относительно поверхности обрабатываемого металла hф равным 1/3The specified technical result is achieved by the fact that the known optical head for laser cutting of sheet metal by a continuous fiber laser, comprising a tracking system for the surface of the processed metal and sequentially placed in the housing along the optical axis a nozzle assembly, a focusing system, a telescopic system and a device for outputting laser radiation from optical fiber equipped with a node that provides movement along the optical axis of the focusing system relative to the telescopic system with possible awn obtain a ratio f k telescopic system lens focus to focus the focusing lens system f o equal to 1/3, and the node providing simultaneous movement along the optical axis and the focusing telescope system to obtain the ratio of the nozzle diameter dc of the optical head to the height position of the focal spot on the optical axis relative to the treated metal surface f equal to 1/3 h, wherein the tracking system of the treated metal surface is formed capacitively and is mounted on the housing an optical head, and cutting is carried out at a ratio of f k telescopic lens system to focus the focus lens focusing system and an optical head fo nozzle diameter d c to the height position of the focal spot on the optical axis with respect to the processed surface of the metal equal to 1/3 f h

Figure 00000002
Figure 00000002

Для достижения указанного технического результата узел, обеспечивающий перемещение вдоль оптической оси фокусирующей системы относительно телескопической системы, может быть выполнен в виде двух связанных между собой резьбовым соединением цилиндров разного диаметра с возможностью перемещения друг относительно друга вдоль оптической оси, при этом фокусирующая система установлена со стороны свободного торца цилиндра меньшего диаметра, а телескопическая система установлена со стороны свободного торца второго цилиндра большего диаметра; а узел, обеспечивающий одновременное перемещение фокусирующей и телескопической системы вдоль оптической оси, может быть выполнен в виде цилиндра с резьбой на внешней поверхности, при этом на внутренней поверхности корпуса оптической головки выполнена резьба, ответная резьбе указанного цилиндра, а сам цилиндр жестко закреплен на внешней стороне цилиндра с фокусирующей системой узла, обеспечивающего перемещение вдоль оптической оси фокусирующей системы относительно телескопической.To achieve the technical result, a node that provides movement along the optical axis of the focusing system relative to the telescopic system can be made in the form of two cylinders of different diameters connected by a threaded connection with the possibility of moving relative to each other along the optical axis, while the focusing system is mounted on the free side the end of the cylinder of a smaller diameter, and the telescopic system is installed on the side of the free end of the second cylinder of a larger diameter etra; and a node that provides simultaneous movement of the focusing and telescopic systems along the optical axis can be made in the form of a cylinder with a thread on the outer surface, while on the inner surface of the optical head housing a thread is made that is reciprocal to the thread of the specified cylinder, and the cylinder itself is rigidly fixed on the outside a cylinder with a focusing system of a node that provides movement along the optical axis of the focusing system relative to the telescopic.

Для достижения указанного технического результата диаметр сопла составляет 1,0 мм или 1,5 мм или 2,0 мм.To achieve the technical result, the nozzle diameter is 1.0 mm or 1.5 mm or 2.0 mm.

Целесообразно также выполнять корпус составным из двух камер, причем первая камера корпуса содержит узел сопла и систему емкостного слежения за поверхностью обрабатываемого металла, установленную на ее внешней стороне, а вторая камера содержит узел, обеспечивающий перемещение друг относительно друга вдоль оптической оси фокусирующей системы и телескопической системы, и устройство вывода лазерного излучения из оптического волокна. Первая камера корпуса может быть снабжена входом для подачи вспомогательного газа внутрь корпуса вблизи узла сопла.It is also advisable to make the casing composite of two chambers, the first casing chamber comprising a nozzle assembly and a capacitive tracking system for the surface of the metal being machined mounted on its outer side, and the second chamber comprising a assembly that allows relative movement between the optical axis of the focusing system and the telescopic system , and a device for outputting laser radiation from an optical fiber. The first housing chamber may be provided with an inlet for supplying auxiliary gas into the interior of the housing near the nozzle assembly.

Желательно систему слежения за поверхностью обрабатываемого металла устанавливать на внешней поверхности корпуса в месте расположения узла сопла; узел сопла устанавливать на корпусе с возможностью отсоединения от корпуса.It is advisable to install a tracking system for the surface of the metal being processed on the outer surface of the housing at the location of the nozzle assembly; install the nozzle assembly on the housing with the ability to disconnect from the housing.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурно-функциональная схема оптической головки; на фиг. 2 - схема, на которой показаны фокус объектива фокусирующей системы fo, фокус объектива телескопической системы fk, диаметр сопла оптической головки dc и высота положения фокального пятна на оптической оси относительно поверхности обрабатываемого металла hф.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a structural-functional diagram of an optical head; in FIG. 2 is a diagram showing the focus of the lens of the focusing system f o , the focus of the lens of the telescopic system f k , the diameter of the nozzle of the optical head d c and the height of the focal spot on the optical axis relative to the surface of the treated metal h f .

Оптическая головка для лазерной резки непрерывным волоконным лазером мощностью до 4 кВт листового металла толщиной не менее 12 мм содержит систему слежения за поверхностью обрабатываемого металла 1, обеспечивающую поддержание постоянного зазора между соплом и обрабатываемым материалом, и последовательно размещенные в корпусе 2 вдоль оптической оси 3 узел сопла 4, фокусирующую систему 5, телескопическую систему 6, устройство вывода лазерного излучения из оптического волокна 7, узел, обеспечивающий перемещение вдоль оптической оси фокусирующей системы относительно телескопической системы с возможностью получения соотношения фокуса объектива телескопической системы fk к фокусу объектива фокусирующей системы fo равным 1/3, и узел, обеспечивающий одновременное перемещение вдоль оптической оси фокусирующей и телескопической системы с возможностью получения соотношения диаметра сопла оптической головки dc к высоте положения фокального пятна на оптической оси относительно поверхности обрабатываемого металла hф равным 1/3.An optical head for laser cutting with a continuous fiber laser with a power of at least 12 mm and a sheet thickness of at least 12 mm contains a tracking system for the surface of the treated metal 1, which ensures a constant gap between the nozzle and the processed material, and the nozzle assembly sequentially placed in the housing 2 along the optical axis 3 4, a focusing system 5, a telescopic system 6, a device for outputting laser radiation from an optical fiber 7, a node that provides focus along the optical axis system relative to the telescopic system with the possibility of obtaining the ratio of the focus of the lens of the telescopic system f k to the focus of the focusing system f o equal to 1/3, and a node that provides simultaneous movement along the optical axis of the focusing and telescopic system with the possibility of obtaining the ratio of the diameter of the nozzle of the optical head d c to the height of the focal spot on the optical axis relative to the surface of the processed metal h f equal to 1/3.

Система слежения за поверхностью обрабатываемого металла 1 выполнена емкостной и установлена на внешней поверхности корпуса 2 оптической головки в месте расположения узла сопла 4 с возможностью координации фокального пятна на оптической оси 3.The tracking system for the surface of the treated metal 1 is capacitive and mounted on the outer surface of the optical head housing 2 at the location of the nozzle assembly 4 with the possibility of coordinating the focal spot on the optical axis 3.

Узел, обеспечивающий перемещение вдоль оптической оси фокусирующей системы относительно телескопической системы с возможностью получения соотношения фокуса объектива телескопической системы fk к фокусу объектива фокусирующей системы fo равным 1/3, выполнен в виде двух связанных между собой резьбовым соединением 10 цилиндров 8 и 9 разного диаметра с возможностью перемещения друг относительно друга вдоль оптической оси 3, при этом фокусирующая система 5 установлена со стороны свободного торца цилиндра меньшего диаметра 9, а телескопическая система 6 установлена со стороны свободного торца второго цилиндра большего диаметра 8. Фокусирующая система перемещается относительно телескопической системы вдоль оптической оси с помощью резьбы 10.The node that provides movement along the optical axis of the focusing system relative to the telescopic system with the possibility of obtaining a ratio of the focus of the lens of the telescopic system f k to the focus of the focusing system f o equal to 1/3, made in the form of two threaded connections 10 cylinders 8 and 9 of different diameters with the possibility of moving relative to each other along the optical axis 3, while the focusing system 5 is installed on the side of the free end of the cylinder of smaller diameter 9, and a telescopic system 6 is mounted from the free end of the larger diameter of the second cylinder 8. The focusing system is moved relative to the telescopic system along the optical axis by the thread 10.

Узел, обеспечивающий одновременное перемещение фокусирующей и телескопической системы вдоль оптической оси, выполнен в виде цилиндра 11 жестко закрепленного на внешней поверхности цилиндра 9. На внутренней поверхности корпуса 2 выполнена резьба 13, ответная резьбе 12, предусмотренная на внешней поверхности цилиндра 11. Указанное резьбовое соединение (резьбы 12 и 13) обеспечивает крепление цилиндров 8 и 9 в корпусе 2 и одновременное перемещение фокусирующей и телескопической системы вдоль оптической оси, обеспечивая необходимого положения фокального пятна над поверхностью металла.The node that provides simultaneous movement of the focusing and telescopic systems along the optical axis is made in the form of a cylinder 11 rigidly fixed on the outer surface of the cylinder 9. On the inner surface of the housing 2, a thread 13 is made, a mating thread 12 provided on the outer surface of the cylinder 11. The specified threaded connection ( threads 12 and 13) provides fastening of the cylinders 8 and 9 in the housing 2 and the simultaneous movement of the focusing and telescopic systems along the optical axis, providing the necessary focal position Spot ceiling elements above the metal surface.

Корпус оптической головки выполнен составным и включает две камеры 14 и 15, причем первая камера 14 корпуса содержит узел сопла 4 и систему слежения за поверхностью обрабатываемого металла 1, установленную на ее внешней стороне, а вторая камера 15 содержит узел, обеспечивающий перемещение вдоль оптической оси фокусирующей системы относительно телескопической системы, узел, обеспечивающий одновременное перемещение фокусирующей и телескопической системы вдоль оптической оси, и устройство вывода лазерного излучения из оптического волокна 7. Кроме того первая камера 14 корпуса снабжена входом для подачи вспомогательного газа 16 внутрь корпуса, который расположен вблизи узла сопла 4, а узел сопла 4 установлен на корпусе с возможностью отсоединения от корпуса и снабжен комплектом сопел различных диаметров (на фиг. не показано).The housing of the optical head is made integral and includes two cameras 14 and 15, the first camera 14 of the housing comprising a nozzle assembly 4 and a tracking system for the surface of the metal being processed 1 mounted on its outer side, and the second camera 15 contains a node that provides movement along the optical axis of the focusing system relative to the telescopic system, a node that provides simultaneous movement of the focusing and telescopic systems along the optical axis, and a device for outputting laser radiation from the optical fiber 7. rum of the first chamber 14 of the housing is provided with an input for supplying an auxiliary gas into the housing 16, which is located near the nozzle assembly 4, a nozzle assembly mounted on the housing 4 is detachable from the housing and provided with a set of nozzles of different diameters (Fig. not shown).

Оптическая головка для лазерной обработки непрерывным волоконным лазером работает следующим образом. С помощью системы слежения за поверхностью обрабатываемого металла наводят оптическую головку на зону обработки. Лазерное излучение направляют из устройства вывода излучения из оптического волокна в телескопическую систему. Пройдя через телескопическую систему, лазерное излучение поступает в фокусирующую систему и фокусируется в плоскости обработки.The optical head for laser processing by a continuous fiber laser operates as follows. Using a tracking system for the surface of the treated metal, the optical head is guided to the processing zone. Laser radiation is directed from a device for outputting radiation from an optical fiber into a telescopic system. After passing through a telescopic system, the laser radiation enters the focusing system and focuses in the processing plane.

С помощью узла, обеспечивающего перемещение вдоль оптической оси фокусирующей системы относительно телескопической системы изменяюи соотношение фокуса объектива телескопической системы fk к фокусу объектива фокусирующей системы fo, а с помощью узла, обеспечивающего одновременное перемещение вдоль оптической оси фокусирующей и телескопической системы, и системы слежения за поверхностью обрабатываемого металла изменяют соотношение диаметра сопла оптической головки dc к высоте положения фокального пятна на оптической оси относительно поверхности обрабатываемого металла hф.Using a node that provides movement along the optical axis of the focusing system relative to the telescopic system, we change the ratio of the focus of the lens of the telescopic system f k to the focus of the lens of the focusing system f o , and using a node that simultaneously moves along the optical axis of the focusing and telescopic system, and the tracking system the ratio of the diameter of the nozzle of the optical head d c to the height of the position of the focal spot on the optical axis is changed by the surface of the metal being treated but the surface of the treated metal h f .

Результаты проведенных исследований и экспериментов позволили авторам найти оптимальное соотношение фокуса объектива телескопической системы fk к фокусу объектива фокусирующей системы fo и диаметра сопла оптической головки dc к высоте положения фокального пятна на оптической оси относительно поверхности обрабатываемого металла hф, что позволило получить качество кромок на толщинах 12 мм и выше (до 20 мм) при резке непрерывным волоконным лазером мощностью до 4 кВт толстолистовой низкоуглеродистой конструкционной стали на уровне результатов, полученных на мощных СО2 лазерах (4…5 кВт) при снижении энергопотребления в 4…5 раз.The results of studies and experiments allowed the authors to find the optimal ratio of the focus of the lens of the telescopic system f k to the focus of the lens of the focusing system f o and the diameter of the nozzle of the optical head d c to the height of the focal spot on the optical axis relative to the surface of the processed metal h f , which allowed to obtain the quality of the edges at thicknesses of 12 mm and above (up to 20 mm) when cutting with a continuous fiber laser with a power of up to 4 kW of plate low-carbon structural steel at the level of atov obtained on high-power CO 2 lasers (4 ... 5 kW) for reducing power consumption in 4 ... 5 times.

В результате исследований и экспериментальных работ было выявлено, что применение коллиматора f100 позволяет сохранить соотношение 1/3 для фокусного расстояния объектива f300, следовательно, обеспечить максимально возможную перетяжку 20…24 мм, при этом диаметр фокального пятна остается в пределах 150…180 мкм, что для резки толстых листов 12…20 мм будет оптимальным.As a result of research and experimental work, it was found that the use of the f100 collimator allows you to maintain a 1/3 ratio for the focal length of the f300 lens, therefore, to ensure the maximum possible constriction of 20 ... 24 mm, while the diameter of the focal spot remains within 150 ... 180 microns, which for cutting thick sheets of 12 ... 20 mm will be optimal.

Высота положения фокального пятна hф над поверхностью заготовки 17 (т.е., hф - это расстояние между положением фокального пятна и плоскостью обработки и зависит от диаметра сопла и толщины обрабатываемого материала) также является одним из ключевых факторов, влияющих на качество резки толстолистовой конструкционной стали. Высота положения фокального пятна hф регулируется за счет работы узла "фокусирующая система - телескопическая система" (узла, обеспечивающего одновременное перемещение фокусирующей системы и телескопической системы вдоль оптической оси).The height of the position of the focal spot h f above the surface of the workpiece 17 (i.e., h f is the distance between the position of the focal spot and the processing plane and depends on the diameter of the nozzle and the thickness of the processed material) is also one of the key factors affecting the quality of cutting of plate structural steel. The height of the position of the focal spot h f is regulated by the operation of the node "focusing system - telescopic system" (a node that provides simultaneous movement of the focusing system and the telescopic system along the optical axis).

В зависимости от толщины, марки стали, коэффициента текучести, давления кислорода, диаметра сопла определен оптимальный диапазон положения фокального пятна излучения лазера относительно поверхности листа заготовки. Причем, чем больше толщина заготовки, тем выше должно располагаться фокальное пятно над ее поверхностью, обеспечивая ширину реза, достаточную для продувки вспомогательным газом (кислородом) шва резки. Оптимальная ширина шва ~0,3 мм.Depending on the thickness, steel grade, yield strength, oxygen pressure, nozzle diameter, the optimal range of the position of the focal spot of the laser radiation relative to the surface of the workpiece sheet is determined. Moreover, the greater the thickness of the workpiece, the higher the focal spot should be located above its surface, providing a cut width sufficient to purge the cutting seam with auxiliary gas (oxygen). The optimal seam width is ~ 0.3 mm.

Диметр сопла также подбирался в зависимости от положения фокального пятна. Использовались сопла диаметром 1,0; 1,5; 2,0 мм.The nozzle diameter was also selected depending on the position of the focal spot. Used nozzles with a diameter of 1.0; 1.5; 2.0 mm

Ниже приведена таблица результатов экспериментов.Below is a table of experimental results.

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, для обеспечения максимальной длины перетяжки без потери плотности излучения для обеспечения наилучшего качества обработки металла толщиной 12 мм и выше непрерывным волоконным лазером мощностью до 4 кВт, резку необходимо вести при соотношении фокуса объектива телескопической системы fk к фокусу объектива фокусирующей системы fo и диаметра сопла оптической головки dc к высоте положения фокального пятна на оптической оси относительно поверхности обрабатываемого металла hф равным 1/3:Thus, in order to ensure the maximum length of the waist without loss of radiation density, to ensure the best quality of processing metal with a thickness of 12 mm and higher by a continuous fiber laser with a power of up to 4 kW, cutting must be carried out with the ratio of the focus of the lens of the telescopic system f k to the focus of the lens of the focusing system f o and the diameter of the nozzle of the optical head d c to the height of the focal spot on the optical axis relative to the surface of the treated metal h f equal to 1/3:

Figure 00000004
Figure 00000004

Claims (7)

1. Оптическая головка непрерывного волоконного лазера мощностью до 4 кВт для лазерной резки листового металла толщиной 12-20 мм, содержащая систему слежения за поверхностью обрабатываемого металла и последовательно размещенные в корпусе головки вдоль оптической оси узел сопла с комплектом сопел, фокусирующую систему, телескопическую систему и устройство вывода лазерного излучения из оптического волокна, отличающаяся тем, что она снабжена узлом для перемещения фокусирующей системы вдоль оптической оси относительно телескопической системы, выполненным с возможностью обеспечения соотношения фокуса объектива телескопической системы fk к фокусу объектива фокусирующей системы fo равного 1/3, и узлом для одновременного перемещения вдоль оптической оси фокусирующей и телескопической системы, выполненным с возможностью обеспечения соотношения диаметра сопла оптической головки dc к высоте положения фокального пятна на оптической оси относительно поверхности обрабатываемого металла hф равного 1/3, при этом использована емкостная система слежения за поверхностью обрабатываемого металла, которая установлена на корпусе головки.1. The optical head of a continuous fiber laser with a power of up to 4 kW for laser cutting of sheet metal with a thickness of 12-20 mm, comprising a tracking system for the surface of the processed metal and sequentially placed in the head housing along the optical axis a nozzle assembly with a set of nozzles, a focusing system, a telescopic system and a device for outputting laser radiation from an optical fiber, characterized in that it is equipped with a node for moving the focusing system along the optical axis relative to the telescopic system we adapted to provide a ratio of the telescopic lens system f k focus lens to focus the focusing system f o equal to 1/3, and a node to simultaneously move along the optical axis and the focusing telescope system configured to provide a ratio of the nozzle diameter d c of the optical head to the height of the position of the focal spot on the optical axis relative to the surface of the processed metal h f equal to 1/3, while the capacitive tracking system for the surface is processed metal that is mounted on the head housing. 2. Оптическая головка по п. 1, отличающаяся тем, что узел для перемещения фокусирующей системы вдоль оптической оси относительно телескопической системы выполнен в виде двух связанных между собой резьбовым соединением цилиндров разного диаметра с возможностью перемещения друг относительно друга вдоль оптической оси, при этом фокусирующая система установлена со стороны свободного торца цилиндра меньшего диаметра, а телескопическая система установлена со стороны свободного торца второго цилиндра большего диаметра, причем узел для одновременного перемещения вдоль оптической оси фокусирующей и телескопической системы выполнен в виде цилиндра с резьбой на внешней поверхности, при этом на внутренней поверхности корпуса оптической головки выполнена резьба, ответная резьбе указанного цилиндра, а сам цилиндр жестко закреплен на внешней стороне цилиндра с фокусирующей системой узла для перемещения фокусирующей системы вдоль оптической оси относительно телескопической системы.2. The optical head according to claim 1, characterized in that the assembly for moving the focusing system along the optical axis relative to the telescopic system is made in the form of two cylinders of different diameters connected by a threaded joint with the possibility of moving relative to each other along the optical axis, while the focusing system mounted on the side of the free end of a cylinder of smaller diameter, and a telescopic system mounted on the side of the free end of the second cylinder of larger diameter, with a unit for one The belt movement along the optical axis of the focusing and telescopic system is made in the form of a cylinder with a thread on the outer surface, while on the inner surface of the optical head case a thread is made that meets the thread of the specified cylinder, and the cylinder itself is rigidly fixed on the outside of the cylinder with the focusing system of the assembly for moving focusing system along the optical axis relative to the telescopic system. 3. Оптическая головка по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр сопла составляет 1,0 мм, или 1,5 мм, или 2,0 мм.3. The optical head according to claim 1, characterized in that the diameter of the nozzle is 1.0 mm, or 1.5 mm, or 2.0 mm. 4. Оптическая головка по п. 1, отличающаяся тем, что корпус выполнен составным и включает две камеры, причем первая камера корпуса содержит узел сопла и систему емкостного слежения за поверхностью обрабатываемого металла, установленную на ее внешней стороне, а вторая камера содержит узел для перемещения фокусирующей системы вдоль оптической оси относительно телескопической системы, узел для одновременного перемещения вдоль оптической оси фокусирующей и телескопической системы и устройство вывода лазерного излучения из оптического волокна.4. The optical head according to claim 1, characterized in that the housing is made integral and includes two cameras, the first camera housing comprising a nozzle assembly and a capacitive tracking system for the surface of the metal being machined mounted on its outer side, and the second camera contains a node for moving focusing system along the optical axis relative to the telescopic system, a node for simultaneously moving along the optical axis of the focusing and telescopic system and a device for outputting laser radiation from the optical wave KPA. 5. Оптическая головка по п. 1, отличающаяся тем, что система слежения за поверхностью обрабатываемого металла установлена на внешней поверхности корпуса в месте расположения узла сопла.5. The optical head according to claim 1, characterized in that the tracking system for the surface of the processed metal is mounted on the outer surface of the housing at the location of the nozzle assembly. 6. Оптическая головка по п. 1, отличающаяся тем, что первая камера корпуса снабжена входом для подачи вспомогательного газа внутрь корпуса, который расположен вблизи узла сопла.6. The optical head according to claim 1, characterized in that the first casing chamber is provided with an input for supplying auxiliary gas into the casing, which is located near the nozzle assembly. 7. Оптическая головка по п. 1, отличающаяся тем, что узел сопла установлен на корпусе с возможностью отсоединения от корпуса.
Figure 00000001
7. The optical head according to claim 1, characterized in that the nozzle assembly is mounted on the housing with the possibility of disconnection from the housing.
Figure 00000001
RU2014140571/02U 2014-10-08 2014-10-08 OPTICAL HEAD FOR LASER CUTTING OF SHEET METAL THICKNESS 12 MM AND ABOVE WITH CONTINUOUS FIBER LASER WITH POWER UP TO 4 KW RU151792U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014140571/02U RU151792U1 (en) 2014-10-08 2014-10-08 OPTICAL HEAD FOR LASER CUTTING OF SHEET METAL THICKNESS 12 MM AND ABOVE WITH CONTINUOUS FIBER LASER WITH POWER UP TO 4 KW

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014140571/02U RU151792U1 (en) 2014-10-08 2014-10-08 OPTICAL HEAD FOR LASER CUTTING OF SHEET METAL THICKNESS 12 MM AND ABOVE WITH CONTINUOUS FIBER LASER WITH POWER UP TO 4 KW

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU151792U1 true RU151792U1 (en) 2015-04-20

Family

ID=53297192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014140571/02U RU151792U1 (en) 2014-10-08 2014-10-08 OPTICAL HEAD FOR LASER CUTTING OF SHEET METAL THICKNESS 12 MM AND ABOVE WITH CONTINUOUS FIBER LASER WITH POWER UP TO 4 KW

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU151792U1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2646515C1 (en) * 2017-02-02 2018-03-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Universal laser optic head
RU180185U1 (en) * 2017-06-07 2018-06-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Laser optical head
RU191258U1 (en) * 2019-04-29 2019-07-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Laser optical head
RU2736128C2 (en) * 2016-08-30 2020-11-11 ПАУЭР-ТЕХ Януш Марцин Эйма Head for laser cutting and laser cutter containing such head

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2736128C2 (en) * 2016-08-30 2020-11-11 ПАУЭР-ТЕХ Януш Марцин Эйма Head for laser cutting and laser cutter containing such head
RU2646515C1 (en) * 2017-02-02 2018-03-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Universal laser optic head
RU180185U1 (en) * 2017-06-07 2018-06-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Laser optical head
RU191258U1 (en) * 2019-04-29 2019-07-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Laser optical head

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU151792U1 (en) OPTICAL HEAD FOR LASER CUTTING OF SHEET METAL THICKNESS 12 MM AND ABOVE WITH CONTINUOUS FIBER LASER WITH POWER UP TO 4 KW
Katayama et al. Development of deep penetration welding technology with high brightness laser under vacuum
KR102418512B1 (en) Laser processing apparatus and method
CN102271859B (en) Laser beam working machine
CN107052580B (en) Laser hybrid welding emergent device
WO2020048022A1 (en) Two-photon stimulated emission depletion composite microscope using continuous light loss
JP6017541B2 (en) Laser nozzle with moving element
Katayama et al. Deep penetration welding with high-power laser under vacuum
JP5832412B2 (en) Optical system and laser processing apparatus
RU2013148143A (en) METHOD FOR PRODUCING A STEEL PIPE BY LASER WELDING
CN102500928A (en) Micro-water-column guiding laser micromachining device
CN205869709U (en) High -power automatic focusing laser cutting head
Katayama et al. Fundamental research of 100 kW fiber laser welding technology
RU2016123031A (en) Universal laser optical head
RU2013147986A (en) LASER WELDING METHOD
RU2646515C1 (en) Universal laser optic head
CN103212819A (en) Coaxial water jet device used for laser micro machining of thin-walled tube
RU98963U1 (en) DEVICE FOR LASER CUTTING OF SMALL-SIZED HOLES OF AN ARBITRARY FORM IN THICK SHEETS OF HIGH-REFLECTING METALS
CN102350591A (en) Rectangular water waveguide laser processing device
JP4123390B2 (en) Hybrid machining apparatus and hybrid machining method
CN102248294B (en) Array type water waveguide laser processing device
CN203664924U (en) Water-jet-guided laser processing coupling device
JP2015066590A (en) Laser processing apparatus and laser processing method
CN107813060A (en) A kind of optical-fiber laser cutting machine reflective cutting head and control method
RU2007122428A (en) METHOD FOR CUTTING THICK METAL SHEETS

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20151009