專利名稱：激光加工頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光加工頭，尤其是激光切割頭，它具有一個(gè)配置給激光加工機(jī)的光束導(dǎo)向部分的殼體區(qū)域及一個(gè)配置給激光加工部分的殼體區(qū)域。
背景技術(shù)：
在普遍公知的、現(xiàn)在所使用的激光加工頭的切割透鏡光學(xué)系統(tǒng)中，透鏡將光束導(dǎo)向部分與處理氣體室彼此分開(kāi)。在激光切割機(jī)中，光束導(dǎo)向部分用純凈氣體凈化及由此可防止來(lái)自環(huán)境的污染顆粒(例如切割煙氣)及不希望的氣態(tài)污物的污染。切割過(guò)程受到處理氣體(通常為氧氣或氮?dú)?在機(jī)械上及化學(xué)上的支持。在加工期間，在處理氣體室中具有若干巴(bar)的壓力。
自二十多年來(lái)，在CO2激光焊接裝置中一直使用聚焦反射鏡，它與透射的透鏡相比耐污染性好得多。但由于使用反射鏡，失去了加工側(cè)與光束導(dǎo)向側(cè)之間的隔離。因此，光束導(dǎo)向部分中的偏轉(zhuǎn)鏡組被更快地-例如通過(guò)來(lái)自加工的焊接煙塵-污染。
使用更耐污染的反射鏡鏡組在激光切割中也是值得期望的，但由于在光束導(dǎo)向室與處理側(cè)之間的壓力差很高而難以實(shí)現(xiàn)。
已經(jīng)公知了，通過(guò)附加的平面窗進(jìn)行密封的分隔，或在一個(gè)聚焦鏡前面安裝一個(gè)ZnSe窗。該窗承擔(dān)用于切割氣體的壓力建立的任務(wù)及由此也使光束導(dǎo)向部分與處理氣體側(cè)分隔。在這兩種情況下，使用一個(gè)透射的元件，該元件相對(duì)污染來(lái)說(shuō)是敏感的。ZnSe窗由于與溫度相關(guān)的折射率而具有公知的弱點(diǎn)。這如同透鏡一樣限制了它的可使用性。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)人所提出的任務(wù)是，開(kāi)發(fā)一種激光加工頭，尤其是激光切割頭，它具有光束導(dǎo)向部分與激光加工區(qū)域的盡可能簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)分離，及在激光器功率上可使用直到超過(guò)10kW的激光器功率。
該任務(wù)將通過(guò)一種激光加工頭、尤其是激光切割頭來(lái)解決，它具有一個(gè)配置給激光加工機(jī)的光束導(dǎo)向部分的殼體區(qū)域及一個(gè)配置給激光加工部分的殼體區(qū)域，在該激光切割頭中設(shè)有一個(gè)用于激光束的光闌作為這些殼體區(qū)域之間的分隔裝置。該光闌被用作光束導(dǎo)向部分相對(duì)異物、如切割氣體、周圍環(huán)境氣氛及切割煙塵的防護(hù)及密封裝置。該光闌的任務(wù)是，在很小的氣體損失的情況下，使得光束導(dǎo)向部分中有超壓(超過(guò)壓力)，及由此有效地保護(hù)光束導(dǎo)向室以免來(lái)自周圍環(huán)境的入流。本發(fā)明可使用在激光切割頭及激光焊接頭上。
如果為了偏轉(zhuǎn)激光束及產(chǎn)生激光束的一個(gè)中間焦點(diǎn)，設(shè)有第一反射鏡及第二反射鏡，并且光闌被設(shè)置在中間焦點(diǎn)中或其附近，可使光闌孔徑保持很小。
為了產(chǎn)生中間焦點(diǎn)，第一反射鏡是一個(gè)拋物面反射鏡及第二反射鏡是一個(gè)橢球面反射鏡。
入射在光闌上的激光器功率可能使其加熱。因此一個(gè)直接的或間接的光闌冷卻是有利的。
當(dāng)在光闌上設(shè)有一個(gè)壓力傳感器時(shí)，則可監(jiān)測(cè)流出的體積流量。
有利的是，這些反射鏡可被冷卻。
為了避免由于光闌與切割噴嘴之間的結(jié)構(gòu)空間中的相應(yīng)的超壓使氣體流從激光加工區(qū)進(jìn)入光束導(dǎo)向部分，本發(fā)明提出，在一個(gè)環(huán)形縫隙式噴嘴與光闌之間設(shè)置一個(gè)卸載開(kāi)口。這使得來(lái)自處理部分(例如沖孔噴濺器(Einstechspritzer))的顆粒不能到達(dá)光束導(dǎo)向部分中。在用氧氣作為切割氣體的情況下，由此可防止它集中在光束導(dǎo)向部分的氣氛中。


在附圖中概要地表示出本發(fā)明的實(shí)施例及在下面參照附圖對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這些附圖詳盡地表示圖1一個(gè)激光加工機(jī)的側(cè)視圖；圖2該激光加工機(jī)的俯視圖；圖3一個(gè)激光加工頭的透視圖；圖4該激光加工頭的縱截面圖；圖5該激光加工頭的光闌的縱截面圖。
具體實(shí)施例方式
由圖1可看到，激光加工機(jī)1包括一個(gè)激光發(fā)生器2及一個(gè)可相對(duì)該激光發(fā)生器在雙箭頭3的方向上運(yùn)動(dòng)的激光加工頭4。一個(gè)由激光發(fā)生器2產(chǎn)生的激光束5從激光發(fā)生器2出發(fā)通過(guò)用一種純凈氣體凈化的光束導(dǎo)向室6被引導(dǎo)到加工頭4，并且，激光束在該加工頭上被轉(zhuǎn)向到一個(gè)板材形式的待加工工件7上，該工件被放置在激光加工機(jī)1的工件支座8上。
光束導(dǎo)向室6中被充有純凈氣體，例如氮?dú)?。光束?dǎo)向室6由一個(gè)波紋管10或其它的氣體密封的密封件(也可為管子，伸縮管等)來(lái)限定。波紋管10構(gòu)成氣體室壁及由彼此相繼排列的柔性折褶11組成。
根據(jù)圖2，激光加工頭4是雙軸的，即可在雙箭頭3的方向上及在與此垂直的一個(gè)雙箭頭12的方向上移動(dòng)。激光束5由激光發(fā)生器出發(fā)通過(guò)第一光束偏轉(zhuǎn)裝置13及第二光束偏轉(zhuǎn)裝置14被導(dǎo)向加工頭4及在那里被向著工件7偏轉(zhuǎn)。
圖3中示出了激光加工頭4的殼體15。該殼體15可聯(lián)接在激光加工機(jī)1上及也具有必要的接頭。
激光束5在殼體15內(nèi)偏轉(zhuǎn)及聚焦，使得一個(gè)聚焦的激光束16對(duì)準(zhǔn)到工件上。借助殼體15中的反射鏡聚焦及一個(gè)光闌使配置給光束導(dǎo)向部分的殼體區(qū)域17與配置給激光加工部分的殼體區(qū)域18分開(kāi)。光束導(dǎo)向部分被用稍微超壓的一種純凈氣體凈化。殼體區(qū)域17也被充有該氣體，而殼體區(qū)域18不再有氣體凈化。
為了能將處理氣體側(cè)與光束導(dǎo)向氣氛分開(kāi)，激光束5被引導(dǎo)通過(guò)一個(gè)中間焦點(diǎn)。激光加工頭4的為此所使用的部件由一個(gè)聚焦的拋物面反射鏡19及一個(gè)橢球面反射鏡20構(gòu)成。由光束導(dǎo)向部分在方向21上入射的激光束5通過(guò)反射鏡19被偏轉(zhuǎn)到方向22上及被聚焦。反射鏡20將由所述焦點(diǎn)發(fā)散地到來(lái)的激光束23在方向24上投影到工作焦點(diǎn)，以致形成可用于激光加工的被聚焦的激光束16。激光加工頭4的該基本原理可由圖4中看出。在兩個(gè)光學(xué)器件19及20之間的中間焦點(diǎn)28中設(shè)有一個(gè)光闌25，激光束23穿過(guò)該光闌。光闌25的直徑被選擇得這樣地大，即激光束23不觸及到其邊緣，及又被選擇得這樣地小，以使得光束導(dǎo)向部分的凈化氣體的泄漏損失小。為了監(jiān)測(cè)該泄漏-例如通過(guò)壓力差的求值-可在光闌25上設(shè)置一個(gè)壓力傳感器(這里不可看到，但可設(shè)置在殼體位置26上)。為了冷卻光闌25，設(shè)有一個(gè)冷卻劑接頭(不可看到，但可考慮在殼體位置27上)。
反射鏡20將由焦點(diǎn)28發(fā)散地到來(lái)的激光束23投影到工作焦點(diǎn)，以致形成可用于激光加工的被聚焦的激光束16。兩個(gè)反射鏡19及20設(shè)有冷卻劑接頭29或30，以便可使反射鏡19及20冷卻。在殼體區(qū)域17內(nèi)，由于光束導(dǎo)向部分的凈化氣體而存在一個(gè)很小的超壓(與殼體區(qū)域18相比)。為了能使用該激光加工頭4進(jìn)行激光切割，在工作焦點(diǎn)上用一個(gè)環(huán)形縫隙式噴嘴31來(lái)建立切割氣體的壓力。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)形式的噴嘴也會(huì)有回流，通過(guò)光闌25與環(huán)形縫隙式噴嘴31之間的足夠大的開(kāi)口32形成了排流的可能性。這些開(kāi)口32被這樣地定尺寸，以使得在殼體15中不能形成大于光束導(dǎo)向部分中的壓力的靜壓力。否則泄漏流的方向會(huì)向光束導(dǎo)向部分逆轉(zhuǎn)。
圖5中表示本發(fā)明的基本原理在普通的激光加工頭4中的實(shí)施。激光束通過(guò)第一反射鏡偏轉(zhuǎn)及聚焦(焦點(diǎn)28)。一個(gè)插入的冷卻體33位于相對(duì)激光束通過(guò)方向?yàn)樾D(zhuǎn)對(duì)稱地構(gòu)成的光闌25的內(nèi)部，該冷卻體吸收激光束23的熱量并且被冷卻。當(dāng)光束導(dǎo)向部分中超壓例如為1.5mbar時(shí)，當(dāng)光闌孔徑為2.5mm的情況下通過(guò)光闌25的體積流量34為3.51/min(升/分鐘)。
參考標(biāo)號(hào)表1 激光加工機(jī) 19 拋物面反射鏡2 激光發(fā)生器 20 橢球面反射鏡3 雙箭頭 21 方向4 激光加工頭 22 方向5 激光束 23 激光束6 光束導(dǎo)向室 24 方向7 工件25 光闌8 工件支座26 壓力傳感器10 波紋管 27 冷卻劑接頭11 折疊28 焦點(diǎn)12 箭頭29 冷卻劑接頭13 光束偏轉(zhuǎn)裝置30 冷卻劑接頭14 光束偏轉(zhuǎn)裝置31 環(huán)形縫隙式噴嘴15 殼體32 開(kāi)口16 激光束 33 冷卻體17 殼體區(qū)域34 體積流量18 殼體區(qū)域
權(quán)利要求
1.一種激光加工頭(4)，尤其是激光切割頭，它包括一個(gè)配置給激光加工機(jī)(1)的光束導(dǎo)向部分的殼體區(qū)域(17)及一個(gè)配置給激光加工部分的殼體區(qū)域(18)，其特征在于設(shè)有一個(gè)用于激光束(23)的光闌(25)作為這些殼體區(qū)域(17，18)之間的分隔裝置，在殼體區(qū)域(17)中由于光束導(dǎo)向部分的凈化氣體而存在一個(gè)很小的超壓(與殼體區(qū)域(18)相比)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的激光加工頭，其特征在于為了偏轉(zhuǎn)激光束及產(chǎn)生激光束(23)的一個(gè)中間焦點(diǎn)(28)，設(shè)有第一反射鏡(19)及第二反射鏡(20)，該光闌(25)被設(shè)置在中間焦點(diǎn)(28)中或其附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的激光加工頭，其特征在于第一反射鏡是一個(gè)拋物面反射鏡(19)及第二反射鏡是一個(gè)橢球面反射鏡(20)。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的激光加工頭，其特征在于該光闌(25)可被冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的激光加工頭，其特征在于一個(gè)冷卻體(33)被插入在光闌(25)中。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的激光加工頭，其特征在于在光闌(25)上設(shè)有一個(gè)壓力傳感器。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的激光加工頭，其特征在于這些反射鏡(19，20)可被冷卻。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的激光加工頭，其特征在于在一個(gè)環(huán)形縫隙式噴嘴(31)與該光闌(25)之間構(gòu)造有一個(gè)開(kāi)口(32)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光加工頭(4)，尤其是激光切割頭，它包括一個(gè)配置給激光加工機(jī)(1)的光束導(dǎo)向部分的殼體區(qū)域(17)及一個(gè)配置給激光加工部分的殼體區(qū)域(18)。設(shè)有一個(gè)用于激光束(23)的光闌(25)作為這些殼體區(qū)域(17，18)之間的分隔裝置。
文檔編號(hào)B23K26/00GK1907631SQ20051009106
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者梅爾廷·蘭貝特, 于爾根-米夏埃多·魏克 申請(qǐng)人:通快機(jī)床兩合公司