具有提供光束对准和/或摇摆运动的双可移动反射镜的激光切割头制造技术

具有可移动反射镜的激光切割头可用于移动光束，例如，以便提供光束对准和/或提供不同摇摆图案以用不同切口宽度切割。激光切割头包括用于将激光束与气体一起引导至工件以便进行切割的切割喷嘴。可移动反射镜提供光束在相对小视场内的摇摆运动，例如，在切割喷嘴的孔内。可移动反射镜可为检流计镜，其能够通过包括检流计控制器的控制系统控制。控制系统还可用于控制光纤激光器，例如，响应于光束相对于工件的位置和/或所感测的切割头中的条件，例如靠近反射镜之一的热条件来控制。如靠近反射镜之一的热条件来控制。如靠近反射镜之一的热条件来控制。

【技术实现步骤摘要】
具有提供光束对准和/或摇摆运动的双可移动反射镜的激光切割头
[0001]本申请是进入中国国家阶段日期为2018年8月10日的申请号为201780010947.2的专利技术名称为“具有提供光束对准和/或摇摆运动的双可移动反射镜的激光切割头”的专利申请(国际申请日为2017
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02
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13，国际申请号为PCT/US2017/017677)的分案申请。


[0002]本申请涉及激光切割，更具体而言，涉及包括提供切割期间的光束对准和/或摇摆运动的双可移动反射镜的激光切割头。

技术介绍

[0003]诸如光纤激光器的激光器常常用于诸如切割的材料处理应用。常规的激光切割头包括用于准直激光的准直器、用于将激光聚焦到待切割的工件或目标区域的聚焦透镜，以及用于将气体引导至工件的切割喷嘴。激光束被聚焦通过喷嘴以熔化工件材料，并且高压气体被引导通过喷嘴以吹出熔化的材料。在这样的应用中，喷嘴通常被定位靠近正被切割的工件，并且可使用传感器来监控并维持喷嘴位置。光束还应该与喷嘴的中心对准，并且这种对准常常通过沿x、y方向调节聚焦透镜来实现。例如，还可沿z方向调节聚焦透镜，以提供更大切口，从而当刺穿并切割工件时允许气体通过。现有切割头不能快速且容易地调节光束位置和光斑尺寸来适应这些切割应用。

技术实现思路

[0004]根据一实施例，一种激光切割头包括被配置成联接到光纤激光器的输出光纤的准直器和被配置成从所述准直器接收准直后的激光束并沿第一和第二轴线在有限视场内移动所述光束的至少第一和第二可移动反射镜。所述激光切割头进一步包括被配置成相对于工件聚焦所述激光束的聚焦透镜和用于将聚焦后的激光束和气体引导至待切割的所述工件的切割喷嘴。所述有限视场对应于所述切割喷嘴的孔。
[0005]根据另一实施例，一种激光切割头包括被配置成联接到光纤激光器的输出光纤的准直器以及被配置成从所述准直器接收准直后的激光束并沿第一和第二轴线移动所述光束的至少第一和第二可移动反射镜。激光切割头进一步包括被配置成在不使用扫描透镜的情况下相对于工件聚焦所述激光束的聚焦透镜，以及用于将聚焦后的激光束和气体引导至待切割的所述工件的切割喷嘴。
[0006]根据再一实施例，一种激光切割头包括具有被配置成联接到光纤激光器的输出光纤的准直器的准直器模块以及联接至所述准直器模块的摇摆器模块。所述摇摆器模块包括被配置成从所述准直器接收准直后的激光束并沿第一和第二轴线移动所述光束的至少第一和第二可移动反射镜。芯块模块联接至所述摇摆器模块并包括被配置成相对于工件聚焦所述激光束的至少一个聚焦透镜。喷嘴保持器组件联接至所述芯块模块并包括用于将聚焦后的激光束和气体引导至待切割的所述工件的切割喷嘴。聚焦后的激光束在所述切割喷嘴
的孔内移动。
[0007]根据又一实施例，一种激光切割系统，包括：包括输出光纤的光纤激光器和联接至所述光纤激光器的所述输出光纤的激光切割头。所述激光切割头包括：被配置成联接到光纤激光器的输出光纤的准直器以及被配置成从所述准直器接收准直后的激光束并沿第一和第二轴线仅在有限视场内移动所述光束的至少第一和第二可移动反射镜。所述激光切割头进一步包括被配置成相对于工件聚焦所述激光束的聚焦透镜以及用于将聚焦后的激光束和气体引导至待切割的所述工件的切割喷嘴。所述有限视场对应于所述切割喷嘴的孔。所述激光切割系统进一步包括用于至少控制所述可移动反射镜的位置和所述光纤激光器的控制系统。
[0008]根据又一实施例，一种激光切割方法，包括：提供包括准直器、第一和第二可移动反射镜、聚焦透镜以及喷嘴的激光切割头；由光纤激光器产生原始激光束；通过使所述光束通过所述准直器来准直所述原始激光束；通过使所述光束通过所述聚焦透镜来聚焦所述光束；将所述聚焦后的光束引导通过所述喷嘴；移动所述可移动反射镜以将所述光束对准在所述喷嘴的孔内；引导气体通过所述喷嘴至所述工件；以及将所述激光切割头和所述工件相对彼此移动以切割所述工件。
[0009]根据又一实施例，一种激光切割方法，包括：提供包括准直器、第一和第二可移动反射镜、聚焦透镜以及喷嘴的激光切割头；由光纤激光器产生原始激光束；通过使所述光束通过所述准直器来准直所述原始激光束；通过使所述光束通过所述聚焦透镜来聚焦所述光束；将所述聚焦后的光束引导通过所述喷嘴；移动所述可移动反射镜，从而使所述光束在所述喷嘴的孔内以摇摆图案移动；引导气体通过所述喷嘴至所述工件；以及将所述激光切割头和所述工件相对彼此移动以切割所述工件。
附图说明
[0010]通过阅读以下详细描述并结合附图，将更好地理解这些和其他特征和优点，其中：
[0011]图1是根据本公开的实施例的包括具有双可移动反射镜的激光切割头的系统的示意性框图。
[0012]图2A
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2D是示出了根据本公开的实施例的能够由包括双可移动反射镜的切割头产生的不同摇摆图案的示意图。
[0013]图3是根据本公开的实施例的具有用于光束移动的双可移动反射镜的激光切割头的分解图。
[0014]图4是图3所示的激光切割头中使用的摇摆器模块的透视图。
[0015]图5是图3所示的激光切割头中使用的摇摆器模块的分解图。
[0016]图6是图3所示激光切割头中使用的摇摆器模块的局部剖视图，其显示热传感器。
[0017]图7是具有水冷限制孔的摇摆器模块的分解图。
[0018]图8是图4中所示的摇摆器模块内的光束路径的示意图。
具体实施方式
[0019]根据本公开的实施例的具有可移动反射镜的激光切割头可用于移动光束，例如，以便提供光束对准和/或提供不同的摇摆图案，用于以不同的切口宽度进行切割。激光切割
头包括用于将激光束与气体一起引导到工件上以进行切割的切割喷嘴。可移动反射镜在相对小的视场内提供光束的摇摆运动，例如，在切割喷嘴的孔内。可移动反射镜可以是检流计镜，其可由包括检流计控制器的控制系统控制。控制系统还可用于控制光纤激光器，例如，响应于光束相对于工件的位置和/或所感测的切割头中的条件，例如靠近反射镜之一的热条件来控制。
[0020]参见图1，激光切割系统100包括联接到光纤激光器112的输出光纤111(例如，采用连接器111a)的激光切割头110。激光切割头110可用于在工件102上执行切割和其他激光加工或处理操作。激光切割头110和/或工件102可沿切口106的方向(例如，沿轴线4的方向)相对于彼此移动。切割头110可位于运动台114上，以便沿着至少一个轴线(例如，沿着切口106的长度)相对于工件102移动切割头110。另外或可选地，工件102可位于运动台108上，以便相对于激光切割头110移动工件102。
[0021]光纤激光器112可包括能够产生近红外光谱范围(例如，1060
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1080nm)的激光的镱光纤激光器。镱光纤激光器可以是单模或多模连续波镱光纤激光器，该镱光纤激光器在一些实施例中能够产生具有高达1kW功率的激光束，并且在其他实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光切割头，包括：准直器，所述准直器被配置成联接到光纤激光器的输出光纤；至少第一可移动反射镜和第二可移动反射镜，所述第一可移动反射镜和所述第二可移动反射镜被配置成从所述准直器接收准直后的激光束并在有限视场内沿第一轴线和第二轴线移动所述激光束；聚焦透镜，所述聚焦透镜被配置成相对于工件聚焦所述激光束；以及切割喷嘴，所述切割喷嘴用于将聚焦后的激光束和气体引导至待切割的工件，其中所述有限视场与所述切割喷嘴的孔一致。2.根据权利要求1所述的激光切割头，其中，所述可移动反射镜被配置成仅在由大约1
°
至2
°
的扫描角度限定的有限视场内移动成形后的光束。3.根据权利要求1所述的激光切割头，其中，所述可移动反射镜被配置成仅在具有小于30mm
×
30mm的尺寸的有限视场内移动成形后的光束。4.根据权利要求1所述的激光切割头，其中，所述聚焦透镜是非扫描透镜。5.根据权利要求1所述的激光切割头，其中，所述可移动反射镜为检流计镜。6.根据权利要求1所述的激光切割头，其中，所述可移动反射镜具有大致相同的尺寸。7.根据权利要求1所述的激光切割头，进一步包括被配置成将所述激光束从所述可移动反射镜反射到所述聚焦透镜的固定反射镜。8.根据权利要求1所述的激光切割头，其中，所述准直器被包含在准直器模块中，其中所述聚焦透镜被包含在芯块模块中，其中所述反射镜被包含在摇摆器模块中，并且其中所述摇摆器模块联接在所述芯块模块与所述准直器模块之间。9.根据权利要求1所述的激光切割头，其中，所述聚焦透镜不是多元件扫描透镜。10.一种激光切割头，包括：准直器，所述准直器被配置成联接到光纤激光器的输出光纤；至少第一可移动反射镜和第二可移动反射镜，所述第一可移动反射镜和所述第二可移动反射镜被配置成从所述准直器接收准直后的激光束并在有限视场内沿第一轴线和第二轴线移动所述激光束；聚焦透镜，所述聚焦透镜被配置成在不使用扫描透镜的情况下相对于工件聚焦所述激光束；以及切割喷嘴，所述切割喷嘴用于将聚焦后的激光束和气体引导至待切割的工件，其中所述有限视场与所述切割喷嘴的孔一致。11.根据权利要求10所述的激光切割头，其中，所述第二可移动反射镜与所述第一可移动反射镜的尺寸基本相同。12.根据权利要求10所述的激光切割头，其中，所述聚焦透镜不是多元件扫描透镜。13.一种激光切割头，包括：准直器模块，所述准直器模块包括被配置成联接到光纤激光器的输出光纤的准直器；联接至所述准直器模块的摇摆器模块，所述摇摆器模块包括至少第一可移动反射镜和第二可移动反射镜，所述第一可移动反射镜和所述第二可移动反射镜被配置成从所述准直器接收准直后的激光束并在有限视场内沿第一轴线和第二轴线移动所述激光束；联接至所述摇摆器模块的芯块模块，所述芯块模块包括被配置成相对于工件聚焦所述
激光束的至少一个聚焦透镜；以及喷嘴保持器组件，所述喷嘴保持器组件联接至所述芯块模块并包括用于将聚焦后的激光束和气体引导至待切割的工件的切割喷嘴，其中聚焦后的激光束在所述切割喷嘴的孔内移动，其中所述有限视场与所述切割喷嘴的孔一致。14.根据权利要求13所述的激光切割头，其中，所述摇摆器模块包括第一检流计模块和第二检流计模块，所述第一检流计模块和第二检流计模块包括检流计镜，其中所述检流计镜具有大致相同的尺寸，并且其中所述检流计模块被配置成连接到检流计控制器。15.根据权利要求13所述的激光切割头，其中，所述可移动反射镜被配置成仅在具有小于30mm
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30mm的尺寸的有限视场内移动成形后的光束。16.根据权利要求13所述的激光切割头，其中，所述聚焦透镜被配置成相对于工件聚焦所述激光束，其中所述聚焦透镜不是多元件扫描透镜。17.一种激光切割系统，包括：包括输出光纤的光纤激光器；联接至所述光纤激光器的所述输出光纤的激光切割头，所述激光切割头包括：准直器，所述准...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤里，
申请(专利权)人：IPG光子公司，
类型：发明
国别省市：