适于机床的激光切割头制造技术

激光切割头(1)，其借助于光传输装置由激光发射装置供能并可与切割机床相关联，该激光切割头包括：准直装置(2)，用于准直由激光发射装置所发出的激光束；聚焦装置，用于将从准直装置(2)发出的准直激光束聚焦；壳体(4)，用于接收和容纳聚焦装置；支撑装置，用于将聚焦装置接收和保持在壳体(4)的空腔内并可沿调节方向(X)移动，以改变从聚焦装置发出的激光束的焦点；激光切割头(1)还包括：冷却单元(10)，其包括至少一个珀耳帖单元和散热元件；热传导性连接装置，其布置成将支撑装置连接到冷却单元(10)以便刚性地链接所述支撑装置和所述冷却单元，并且通过热传导从支撑装置和从聚焦装置提取经过聚焦装置时由激光束产生的热量；及移动元件(37)，其支撑热传导性连接装置和/或冷却单元(10)，并可滑动地联接到壳体(4)的外壁(4a)，且可沿着调节方向(X)移动，以便使得支撑装置和聚焦装置移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适于切割机床的激光切割装置，以及具体涉及将用在适于金属片材的切割/冲压机床中的光纤激光切割系统中的激光切割头。
技术介绍
使用激光系统对部件进行切割、雕刻和焊接是众所周知的，并在用于处理金属片材和板材的机床领域内广泛地应用。激光装置通过激发的发射过程而发出集中成具有极高发光度(亮度)的直线光束的相干单色光线。将大量的能量集中在非常小的点内的可行方案使得激光装置能够对金属进行切割、雕刻和焊接。金属材料的切割通常通过汽化发生，并且特别是通过融合发生。在该后一情况下，激光束将金属小点熔融，并且通过鼓风或喷射气流将熔融的金属(浮渣)去除。不同类型的激光源可用于生成适于切割金属的光束。通常情况下，使用气体(二氧化物、一氧化碳、二氧化碳)和固态(二极管、掺杂玻璃、纤维)激光器。在机床中，由于切割金属片材以及特别是厚金属片材所需的高能量水平，激光发射装置的尺寸和重量使其难以定位在机器上。激光束由激光切割头或聚焦头聚焦在工件上，所述激光切割头或聚焦头通过光学链(在二氧化碳激光器中)或传输光纤(光纤，例如在YAG二极管激光器中)连接到所述发射装置。由于其降低的尺寸和重量，激光切割头实际上可由机床以一定的精度和速度移动以便切割工件。在所谓的光纤激光切割系统中，其中光纤线缆用于将激光束传输到所述切割头，后者即所述切割头通常包括光准直器，其将离开光纤的光束会聚到聚焦单元上，所述聚焦单元能够将准直激光束聚焦到工件上以便进行切割。聚焦的激光束通过切割喷嘴离开聚焦头，所述切割喷嘴将用于去除由金属融合所产生浮渣的鼓风或喷射气流集中，并限制浮渣到达聚焦单元的可能性。聚焦单元允许将激光束集中，即将其焦点或聚焦点定位在工件表面上的给定点上以便切割或立即到达该表面下方。焦点的正确定位是集中激光束的全功率和正确地切割材料所必要的。聚焦单元通常包括安装在透镜保持器滑动件或滑架上的聚焦透镜，所述透镜保持器滑动件或滑架能够沿着平行于激光束方向的调节方向移动，以使后者即激光束可被聚焦。更精确地，透镜保持器滑动件通过相应的致动器移动，所述致动器根据切割头和工件表面之间的距离受到控制，所述距离由安装在切割头上的适当的传感器测量。工件的表面(例如大的金属片材)实际上通常是不规则的、不平坦的，和弯曲的。聚焦透镜和相对的透镜保持器滑动件容纳在密封的容器或壳体内，以防止污染物和外来元素进入，污染物和外来元素可能弄脏透镜，从而改变其光学特性。提供冷却系统，以便冷却切割头以及尤其是冷却聚焦透镜。穿过透镜的激光束的能量的一小部分实际上由于不同的原因而被吸收并转化成热量，主要是因为光学器件(涂层和基材)并非绝对透明。通过长期使用所产生的热量会导致整个切割头特别是聚焦透镜的温度上升。这种温度上升会导致透镜本身折射率的变化，因此会导致焦点偏移。通常被称为“热焦点偏移”的这种现象使得切割系统不能将激光束聚焦在工件表面上的所需的最佳点内，并使得其切割特性随之恶化，以至于到根本不能进行切割的程度。温度上升也可能会损坏通常设置在透镜表面上的保护层，从而使得透镜的光学特性进一步变化。为了解决该问题，已知一种冷却系统，其将气体(通常为氮气)在受控的温度下引入到聚焦头内，使得所述气体流过整个聚焦透镜，从而冷却所述透镜。包含聚焦单元的壳体的外部冷却实际上不足以保证聚焦透镜的充分冷却。然而使用气流的冷却系统缺点是需要使用不含污染元素的昂贵气体。气体中所含的污染性或外来的粒子或元素会沉积在聚焦透镜上，从而不仅导致光学器件的折射率的变化，而且导致激光束能量的吸收，因此导致用于切割的功率降低。此外，这样的系统制造起来是相当复杂和昂贵的，并且需要定期维护。JP2012091191公开了一种激光加工设备，其包括：激光发射单元，其设有用于产生激光束的激光产生装置；设有检流计扫描仪的激光头，其用于将从激光发射单元输出的激光束发射到工件上；以及光纤线缆，其用于将激光束从激光发射单元传输到激光头。光纤线缆设有头连接器，其可拆卸地附接到激光头。头连接器设有光束扩展器，其包括散射透镜和会聚透镜，所述散射透镜用于将从光纤线缆发射的激光束散射，而会聚透镜用于将从散射透镜发射的激光束会聚成为平行光束。US20080030823公开了一种方法和装置，其用于将从激光振荡器输出的激光束通过透镜聚焦并照射物体。该装置包括用于将从激光振荡器输出的激光束进行反射的反射镜和用于聚焦激光束并照射物体的聚光透镜。因为聚光透镜的焦距可由于温度的变化而改变，当在照射停止之后激光束的照射被重新启动时，包含聚光透镜的透镜管通过设有珀耳帖(Peltier)装置的温度控制装置进行加热或冷却。US6198579公开了一种物镜，其具有光学元件，特别是透镜，适于在半导体显微光刻中使用的投影曝光装置。该物镜设有冷却装置，所述冷却装置用于校正由于光学元件中的加热效应、特别是由于在光学元件中的非旋转对称的温度分布而导致的图像误差。冷却装置包括若干珀耳帖元件，所述珀耳帖元件布置在所述光学元件中的至少一个上，分布在其周边上，并不同地电驱动以便作用于光学元件中的温度分布。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于改进现有的适于切割机床的激光切割头，特别是改进用于光纤激光切割系统的切割头。另一个目的在于提供一种激光切割头，其设有能够确保聚焦装置的有效和最佳冷却的冷却系统。进一步的目的在于获得一种激光切割头，其设有具有简单和经济构造且有效和可靠操作的冷却系统。再一个目的在于提供一种激光切割头，其允许即使经过长时间和密集的使用之后，也能够维持激光束的焦点处于固定位置。在本专利技术的第一方面中，提供如权利要求1中所限定的激光切割头。根据本专利技术该方面的激光切割头可通过使用光传输装置的激光发射装置来供给，并且可与切割机床相关联。激光切割头包括：准直装置，其用于准直由发射装置所生成的激光束；聚焦装置，其用于将离开准直装置的准直激光束聚焦；以及壳体，其用于容纳和包含设有聚焦透镜和支撑装置的聚焦装置，所述支撑装置用于容纳聚焦透镜并使得后者即聚焦透镜沿着调节方向移动，以改变所发射的激光束的焦点。激光切割头包括：冷却单元，其在外部关联到所述壳体并设置有一个或多个珀耳帖单元和散热元件；和热传导性连接装置，其布置成将支撑装置连接到冷却单元以便刚性地链接所述支撑装置和所述冷却单元，并且通过热传导从所述支撑装置和聚焦透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光切割头，其借助于光传输装置由激光发射装置供能并且能够与切割机床相关联，所述激光切割头包括：‑准直装置(2)，其用于准直由所述激光发射装置所发出的激光束；‑聚焦装置(5)，其用于将从所述准直装置(2)发出的准直激光束聚焦；‑壳体(4)，其用于接收和容纳所述聚焦装置(5)；‑支撑装置(6)，其用于将所述聚焦装置(5)接收和保持在所述壳体(4)的空腔(21)内，并且所述支撑装置能够沿着调节方向(X)移动，以改变从所述聚焦装置(5)发出的所述激光束的焦点；所述激光切割头(1)的特征在于其包括：‑冷却单元(10)，其包括散热元件(13)和至少一个珀耳帖单元(12)；‑热传导性连接装置(31，41；32，42)，其布置成将所述支撑装置(6)连接到所述冷却单元(10)以便刚性地链接所述支撑装置(6)和所述冷却单元(10)，并且通过热传导从所述支撑装置(6)和从所述聚焦装置(5)提取经过所述聚焦装置(5)时由所述激光束所产生的热量，其中所述支撑装置(6)由热传导性材料制成；‑移动元件(37；47)，所述移动元件支撑所述热传导性连接装置(31，41；32，42)和/或所述冷却单元(10)，并且可滑动地联接到所述壳体(4)的外壁(4a)，并且所述移动元件能够沿着所述调节方向(X)移动，以便使得所述支撑装置(6)和所述聚焦装置(5)移动。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.22 EP 13194090.01.激光切割头，其借助于光传输装置由激光发射装置供能并且能够与
切割机床相关联，所述激光切割头包括：
-准直装置(2)，其用于准直由所述激光发射装置所发出的激光束；
-聚焦装置(5)，其用于将从所述准直装置(2)发出的准直激光束聚
焦；
-壳体(4)，其用于接收和容纳所述聚焦装置(5)；
-支撑装置(6)，其用于将所述聚焦装置(5)接收和保持在所述壳体
(4)的空腔(21)内，并且所述支撑装置能够沿着调节方向(X)移动，
以改变从所述聚焦装置(5)发出的所述激光束的焦点；
所述激光切割头(1)的特征在于其包括：
-冷却单元(10)，其包括散热元件(13)和至少一个珀耳帖单元(12)；
-热传导性连接装置(31，41；32，42)，其布置成将所述支撑装置(6)
连接到所述冷却单元(10)以便刚性地链接所述支撑装置(6)和所述冷却
单元(10)，并且通过热传导从所述支撑装置(6)和从所述聚焦装置(5)
提取经过所述聚焦装置(5)时由所述激光束所产生的热量，其中所述支撑
装置(6)由热传导性材料制成；
-移动元件(37；47)，所述移动元件支撑所述热传导性连接装置(31，
41；32，42)和/或所述冷却单元(10)，并且可滑动地联接到所述壳体(4)
的外壁(4a)，并且所述移动元件能够沿着所述调节方向(X)移动，以便
使得所述支撑装置(6)和所述聚焦装置(5)移动。
2.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述热传导性连
接装置(31，41；32，42)包括第一连接元件(31；41)和第二连接元件
(32；42)，所述第一连接元件和所述第二连接元件都由热传导性材料制成，
其中所述第一连接元件(31；41)具有第一端部和第二端部，其中第一端
部固定到所述支撑装置(6)并保持所述支撑装置，而第二端部固定到所述
第二连接元件(32；42)，所述第二连接元件连接到所述珀耳帖单元(12)。
3.根据权利要求2所述的激光切割头，其特征在于，所述移动元件(37；

\t47)联接到所述第二连接元件(32；42)。
4.根据权利要求2或3所述的激光切割头，其特征在于，所述移动元
件(37)设有相应的开口(37a)，该开口允许所述连接元件(31，32)连
接所述支撑装置(6)和所述珀耳帖单元(12)。
5.根据权利要求3所述的激光切割头，其特征在于，所述第二连接元
件(42)和所述移动元件(47)是一体的，并由热传导性材料制成。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，
所述第二连接元件(32；42)和/或所述移动元件(37；47)密封地封闭所
述空腔(21)的开口(17)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所
述珀耳帖单元(12)包括连接到所述热传导性连接装置(31，32；41，42)
的冷侧(12a)和连接到所述散热元件(13)的热侧(12b)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，包
括驱动装置(9)，其固定到所述壳体(4)并联接到所述移动元件(37；47)
以便使得所述移动元件沿着所述调节方向(X)移动。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，所
述聚焦装置包括至少一个聚焦透镜(5)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，
所述冷却单元(10)包括多个并联和/或串联布置的珀耳帖单元(12)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的激光切割头，其特征在于，
所述散热元件(13)包括多个冷却导管(14)，其用于空气通过，特别是通
过对流使得空气通过。
12.根据权利要求11所述的激光切割头，其特征在于，包括进气装置
(15)，其用于将冷却流体引入到所述冷却导管(14)内，特别是将压缩空
气引入到所述冷却导管内。
13.激光切割头，其借助于光传输装置由激光发射装置供能并且能够
与切割机床相关联，所述激光切割头包括：
-准直装置(2)，其用于准直由所述激光发射装置所发出的激光束；
-聚焦装置(5)，其用于将从所述准直装置(2)发出的准直激光束聚

\t焦；
-壳体(4)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·杰苏尔塔，R·曼佐，A·格兰希耶罗，
申请(专利权)人：萨尔瓦尼尼意大利股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT