具有透镜切换系统的激光加工头技术方案

本申请涉及一种激光加工头，其包括具有两个不同焦距(BW1)的透镜(2、9)的透镜切换系统，其中，借助透镜切换系统可分别将其中一个透镜(2、9)置入到激光加工头中的激光射束(5)的光路中，其中，这些透镜(2、9)保持在一个共同的框架(6)上，该框架围绕一旋转轴线(DA)能摆动，其中，该旋转轴线(DA)垂直于激光射束(5)的激光射束轴线(LA)的方向(z)延伸，其中，这两个透镜(2、9)的光学轴线(OA1，OA2)在交叉点(10)交叉，其中，旋转轴线(DA)垂直于旋转平面(DE)延伸，所述旋转平面包含所述两个透镜(2、9)的光学轴线(OA1，OA2)，并且所述两个透镜(2、9)的光学轴线(OA1，OA2)在旋转平面(DE)中各自相对于旋转轴线(DA)的间距(A1、A2)大小相等。本发明专利技术提出一种激光加工头，通过其可替换透镜在激光射束的光路中用于改变射束直径工件上，其中，所述激光加工头可在结构上简单且紧凑地构造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种激光加工头，其包括透镜切换系统，该透镜切换系统具有两个不同焦距的透镜，其中，借助该透镜切换系统可分别将其中一个透镜置于激光加工头中的激光射束光路中，其中，这些透镜保持在一个共同的框架上，所述框架能围绕旋转轴线摆动，其中，该旋转轴线(DA)垂直于激光射束的激光射束轴线方向延伸。
技术介绍
这种激光加工头由DE10215446A1已知。通过激光加工方法、尤其激光切割和激光焊接可高精度地加工工件、尤其板材。根据加工方法并根据待加工的工件，对于激光加工而言在工件上需要不同的激光射束直径，以优化激光加工速度和加工质量。尤其在激光切割不同材料厚度的工件时需要不同的激光射束直径。在典型的具有固体激光器的激光加工机中借助光导纤维将激光射束引导向激光加工头。在激光加工头中通常首先通过准直透镜(或透镜组)准直基本上发散地从光导纤维的端部射出的激光射束。准直过的激光射束紧接着通过聚焦透镜(或透镜组)聚焦到待加工的工件上。在这种激光加工头中，两个激光射束直径之间的转换可通过替换准直透镜(或透镜组)或聚焦透镜(或透镜组)来进行。DE10215446A1描述一种用于不同激光加工的组合式激光头。在一种实施方式中，在近似z形的轴的端部上一端布置有透镜而另一端布置有透镜喷嘴模块。所述轴能绕中间件的轴线旋转。此外，所述轴可通过一摆动装置围绕垂直于激光射束延伸的摆动轴线摆动，所述摆动轴线也垂直于中间件的轴线延伸。透镜和透镜喷嘴模块由此替代地可摆动到激光射束的光路中。在另一实施方式中，在转塔滑板中布置有多个附加装置，它们各自具有一个凸透镜。转塔滑板能围绕一轴线旋转，该轴线以45°角相对于激光射束倾斜。由DE19630147C2已知一种用于借助激光射束加工工件的接头。在一种实施方式中分别具有多个用于聚焦光具的接收部的承载件能围绕平行于激光射束延伸的轴线旋转。之前已知的切换机构需要激光加工头上的大的安装空间，并且有部分在结构上非常费事。还由WO2011/131541A1已知一种用于聚焦激光射束的射束成形单元，其中，可借助变焦物镜全可变地调整射束直径。射束成形单元在结构上特别费事。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供一种激光加工头，通过该激光加工头可替换激光射束光路中的透镜以改变工件上的射束直径，其中，所述激光加工头可在结构上简单且紧凑地构造。该任务通过开头提到类型的激光加工头解决，其特征在于：两个透镜的光学轴线在一交叉点交叉；旋转轴线垂直于一旋转平面延伸，该旋转平面包含两个透镜的光学轴线；并且两个透镜的光学轴线在旋转平面中各自相对于旋转轴线的间距大小相等。通过根据本专利技术的激光加工头的构造或或其透镜切换系统的构造、尤其是通过光学轴线和旋转轴线的几何关系可实现特别节省位置且简单、尤其也轻的构造方式。通过可旋转的框架可在保持在框架中的透镜之间切换。由于透镜的光学轴线交叉，所以透镜可基本上围绕旋转轴线定位，这可构型得特别紧凑。由于旋转平面包含透镜的光学轴线，所以这些光学轴线在沿着旋转轴线的方向具有统一的位置。此外，通过透镜的光学轴线相对于旋转轴线的大小相等的间距(垂直于对应的光学轴线并且在旋转平面中测量)保证，在透镜切换到激光射束的光路中后新摆入的透镜的光学轴线相对于之前摆入的透镜的光学轴线不具有任何侧向错开。因此，总体上可通过根据本专利技术的构造保证，在分别摆入的旋转位置中透镜的光学轴线与激光射束轴线(即激光加工头的主轴线)重合，而不需要由于透镜切换而对透镜位置进行补充校正。典型地，透镜切换系统包括刚好两个透镜；这一般足够用于适配于不同材料厚度的工件以及不同的加工方法，而不会强烈地增大结构耗费。但也可能的是，在框架上设置三个或更多个透镜，其可通过透镜切换系统被置于激光射束的光路中，其中，透镜一般这样布置在框架上，使得透镜在激光射束的光路中不重叠。框架的旋转典型地可马达驱动地操控；框架旋转合适的角度引起透镜切换。通过切换透镜可快速地转换激光射束在工件上的焦点直径(射束直径)，例如一方面用于焊接而另一方面用于切割，或也可一方面用于切割厚工件(或工件部分)而另一方面用于切割薄工件(或工件部分)。在转换透镜时光路不需要被打开，这避免在改变射束直径时污染透镜。在本专利技术的范畴内，透镜切换可在1s内或更短。激光加工头一般在激光射束的光路中包括至少一个准直透镜，至少一个聚焦透镜以及大多包括位于(最前面的)聚焦透镜之前的耐压保护玻璃，和出气喷嘴。透镜切换系统可用于准直透镜，以及替代地或附加地可用于聚焦透镜。一般将光导纤维的一个端部作为光源，该光导纤维自身耦合到一激光器(典型地一固体激光器)上。本专利技术的优选实施方式优选的是根据本专利技术的激光加工头的一种实施方式，其中，旋转轴线与所述两个透镜的光学轴线之间的角平分线相交。这允许特别紧凑的构造，其中，两个透镜的光学轴线相对于旋转轴线的相等的间距自动给定。要注意，旋转轴线与角平分线相交成直角。在根据本专利技术的激光加工系统的一种优选实施方式中设置：两个透镜的透镜平面在角顶线(Scheitelgerade)中相交；并且旋转轴线平行于角顶线并且与角顶线隔开间距。典型地，旋转轴线位于角顶线(或者说与所述交叉点最接近地与角平分线相交的透镜平面)和所述交叉点之间，或位于所述交叉点上。通过该实施方式可在(分别摆入的)透镜之间沿激光射束轴线的z方向设置错开；此外为转换透镜所需的空间可保持小，尤其可将框架的运动部分的最大半径保持小。透镜平面在薄透镜的情况下是透镜的中间平面，在厚透镜的情况下是透镜的主平面，所述主平面最接近交叉点。特别优选的是一种实施方式，其中，旋转轴线延伸穿过所述交叉点。这使得能实现特别紧凑的构造。替代地也可能的是，将旋转轴线设置成远离交叉点，以便尤其在分别摆入的透镜之间获得沿激光射束轴线方向(z方向)的特别大的错开。同样优选的是一种实施方式，其中，两个透镜的光学轴线相交成直角。这使得能实现两个透镜的最紧凑的构型，其中，透镜不相互遮挡。一般，框架为了该实施方式而具有两个布置成直角的腿，透镜保持在这些腿中。在一种有利实施方式中设置，框架和旋转轴线这样设置，使得两个透镜关于激光射束轴线方向(z)在以间距AZ错开的位置处摆入到激光射束的光路中。间距AZ在此以一坐标系为参考，该坐标系采用旋转轴线(或其在旋转平面上的足点)为参考点。间距AZ可用于使激光加工头适配于改变过的透镜焦距；可避免或缩短透镜切换系统沿z方向的移动。替代地也可能的是，透镜在一致的z方向位置(即AZ＝0)处摆入到激光射束的光路中。该实施方式的有利扩展方案设置，间距AZ相当于两个透镜的焦距的差别。激光加工头在透镜切换后还完全如之前那样聚焦，使得对工件的激光加工可不会由于补充校正造成延迟地继续。优选的还有一种实施方式，其中，透镜切换系统的透镜是激光加工头的准直透镜。这已在实际中被证明为可行。用于旋转框架的运动机构在该情况下与工件离得这么远，使得不影响工件加工。替代地，透镜切换系统的透镜也可为激光加工头的聚焦透镜。在之前提到的两个实施方式的扩展方案中设置，在激光射束轴线的方向(z)上具有较小焦距的透镜的摆入位置与具有较大焦距的透镜的摆入位置相比更靠近激光加工头的激光光源。由此实现激光加工头的特别紧凑的构造。优选，框架的摆动这样进行，使得当具有较短焦距的透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工头(30)，其包括透镜切换系统(76)，该透镜切换系统具有两个透镜(2、9；71‑73)，所述两个透镜具有不同的焦距(BW1，BW2)，其中，借助所述透镜切换系统(76)能分别将所述透镜(2，9；71‑73)中的一个透镜中置于所述激光加工头(30)中的激光射束(5)的光路中，其中，所述透镜(2、9；71‑73)保持在一个共同的框架(6)上，所述框架能围绕旋转轴线(DA)摆动，其中，所述旋转轴线(DA)垂直于所述激光射束(5)的激光射束轴线(LA)的方向(z)延伸，其特征在于，所述两个透镜(2、9；71‑73)的光学轴线(OA1、OA2、OA3)在交叉点(10；74；78，79)上交叉，所述旋转轴线(DA)垂直于一旋转平面(DE，GDE)延伸，该旋转平面包含所述两个透镜(2，9；71‑73)的光学轴线(OA1、OA2、OA3)，并且所述两个透镜(2、9；71‑73)的光学轴线(OA1、OA2、OA3)在所述旋转平面(DE，GDE)中各自相对于所述旋转轴线(DA)的间距(A1、A2，A3)大小相等。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.16 DE 102014209308.21.一种激光加工头(30)，其包括透镜切换系统(76)，该透镜切换系统具有两个透镜(2、9；71-73)，所述两个透镜具有不同的焦距(BW1，BW2)，其中，借助所述透镜切换系统(76)能分别将所述透镜(2，9；71-73)中的一个透镜中置于所述激光加工头(30)中的激光射束(5)的光路中，其中，所述透镜(2、9；71-73)保持在一个共同的框架(6)上，所述框架能围绕旋转轴线(DA)摆动，其中，所述旋转轴线(DA)垂直于所述激光射束(5)的激光射束轴线(LA)的方向(z)延伸，其特征在于，所述两个透镜(2、9；71-73)的光学轴线(OA1、OA2、OA3)在交叉点(10；74；78，79)上交叉，所述旋转轴线(DA)垂直于一旋转平面(DE，GDE)延伸，该旋转平面包含所述两个透镜(2，9；71-73)的光学轴线(OA1、OA2、OA3)，并且所述两个透镜(2、9；71-73)的光学轴线(OA1、OA2、OA3)在所述旋转平面(DE，GDE)中各自相对于所述旋转轴线(DA)的间距(A1、A2，A3)大小相等。2.根据权利要求1所述的激光加工头(30)，其特征在于，所述旋转轴线(DA)与所述两个透镜(2、9；71-73)的光学轴线(OA1、OA2、OA3)之间的角平分线(WH)相交。3.根据权利要求1或2所述的激光加工头(30)，其特征在于，所述两个透镜(2、9；71-73)的透镜平面(LE1、LE2)在角顶线(12)中相交；并且，所述旋转轴线(DA)平行于所述角顶线(12)并且与所述角顶线(12)隔开间距。4.根据前述权利要求中任一项所述的激光加工头(30)，其特征在于，所述旋转轴线(DA)延伸穿过所述交叉点(10；74；78，79)。5.根据前述权利要求中任一项所述的激光加工头(30)，其特征在于，所述两个透镜(2、9；71-73)的光学轴线(OA1、OA2、OA3)相交成直角。6.根据前述权利要求中任一项所述的激光加工头(30)，其特征在于，所述框架(6)和所述旋转轴线(DA)这样设置，使得所述两个透镜(2、9；71-73)就所述激光射束轴线(LA)的方向(z)而言在以间距AZ错开的位置处摆入到所述激光射束(5)的光路中。7.根据权利要求6所述的激光加工头(30)，其特征在于，所述间距AZ相当于所述两个透镜(2、9；71-73)的焦距(BW1，BW2)的差。8.根据前述权利要求中任一项所述的激光加工头(30)，其特征在于，所述透镜切换系统的透镜(2、9；71-73)是所述激光加工头(30)的准直透镜(2、9；71-73)。9.根据权利要求8所述的激光加工头(30)，其特征在于，在所述激光射束轴线(LA)的方向(z)上，具有较小焦距(BW1)的透镜(2、9；71-73)...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·布格尔，D·韦埃斯，
申请(专利权)人：通快机床两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE