激光切割机及激光切割机用切割头

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激光切割机及激光切割机用切割头\n【技术领域】\n[0001] 本发明涉及一种激光切割机，更具体涉及一种用于激光切割机的切割头。\n【背景技术】\n[0002] 近年来，激光切割机广泛用于各种材料的切割过程，但现有激光切割机所使用的切割头的结构相对简单。在切割过程中，无法对聚焦透镜焦点与被切割工件之间的相对距离进行检测，导致在被切割材料幅面较大或者表面起伏时，切口表面质量差，切割速度低，甚至根本无法切割。此外，在现有切割头内没有设置冷却装置，聚焦透镜容易因为过热而烧毁。\n【发明内容】\n[0003] 为了解决现有技术中激光切割机无法对聚焦透镜焦点与被切割工件之间的相对距离进行检测的技术问题。本发明提供了一种通过电容感应方式确定聚焦透镜焦点与被切割工件之间的相对距离的切割头以及使用该切割头的激光切割机。此外，本发明进一步解决了现有切割头内没有设置冷却装置，聚焦透镜容易烧毁的技术问题。\n[0004] 本发明解决现有技术中激光切割机无法对聚焦透镜焦点与被切割工件之间的相对距离进行检测的技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光切割机用切割头，该切割头包括：用于连接激光切割机的伺服传动机构的连接机构；与连接机构连接的用于容纳聚焦透镜的镜腔盒；以及与镜腔盒连接的切割嘴，其中切割头进一步包括感应切割嘴与被切割工件之间电容值的电容传感器。\n[0005] 根据本发明一优选实施例，镜腔盒的侧壁设置有开口，聚焦透镜设置在可通过开口插入到镜腔盒内的抽取式镜腔内。\n[0006] 根据本发明一优选实施例，镜腔的侧壁设置有镜腔手柄以及用于调节聚焦透镜和切割头的光轴之间的同心度的调节螺钉。\n[0007] 根据本发明一优选实施例，镜腔盒的侧壁设置有连通到镜腔靠近切割嘴一侧的切割辅助气体通道。\n[0008] 根据本发明一优选实施例，镜腔盒的侧壁设置有连通到镜腔靠近连接机构一侧的冷却气体通道。\n[0009] 根据本发明一优选实施例，切割头进一步包括用于连接镜腔盒和切割嘴并调节聚焦透镜的焦点与切割嘴之间的相对距离的螺旋调节机构。\n[0010] 根据本发明一优选实施例，螺旋调节机构包括：与镜腔盒的外表面螺纹啮合的锁紧螺母；与锁紧螺母的外表面螺纹啮合的调焦螺母，与调焦螺母固定连接并在镜腔盒内沿轴向延伸的调焦滑套；设置在调焦滑套的外表面与镜腔盒的内表面之间的一对锥形胀紧套；以及设置在镜腔盒的内表面上的导向块，在锁紧螺母相对镜腔盒旋转时，导向块作用锥形胀紧套对沿轴向相对运动并由此锁定调焦滑套和镜腔盒。\n[0011] 根据本发明一优选实施例，电容传感器设置在螺旋调节机构和切割嘴之间。\n[0012] 根据本发明一优选实施例，被切割工件为金属工件。\n[0013] 本发明解决现有技术中激光切割机无法对聚焦透镜焦点与被切割工件之间的相对距离进行检测的技术问题所采用的另一技术方案是：提供一种激光切割机，该激光切割机包括：用于生成预定波长激光束的激光发生器；用于聚焦激光束的切割头；用于相对被切割工件传动切割头的伺服传动机构；以及用于控制伺服传动机构的控制单元；该切割头包括用于连接伺服传动机构的连接机构；与连接机构连接的用于容纳聚焦透镜的镜腔盒；\n以及与镜腔盒连接的切割嘴，其中切割头进一步包括感应切割嘴与被切割工件之间电容值的电容传感器，控制单元以该电容值为基础控制伺服传动机构。\n[0014] 通过采用上述结构，利用电容传感器感应切割嘴和被切割工件所组成的板式电容的电容值，并以电容值为基础控制激光切割机的伺服传动机构，实现切割嘴(透镜焦点)相对被切割工件表面的随动。\n【附图说明】\n[0015] 图1是本发明激光切割机用切割头的部分剖面示意图；\n[0016] 图2是本发明激光切割机用切割头的镜腔盒的俯视图；\n[0017] 图3是用于显示冷却气体通道的镜腔盒和密封环的剖面示意图。\n【具体实施方式】\n[0018] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。\n[0019] 如图1-图3所示，本发明的激光切割机用切割头1基本为中空圆柱形结构，其包括用于连接到激光切割机的伺服传动机构(未图示)的连接机构11、与连接机构11连接的用于容纳聚焦透镜12的镜腔盒13以及与镜腔盒13连接的切割嘴14。在本实施例中，切割头1进一步设置了用于感应切割嘴14与被切割工件(未图示)之间电容值的电容传感器\n15。\n[0020] 在本实施例中，连接机构11为连接法兰，其连接到激光切割机的Z轴托盘上。镜腔盒13与连接构件11之间设置有密封环20，确保装置的气密性。镜腔盒13的侧壁还进一步设置有开口131。聚焦透镜12设置在抽取式镜腔16内，由镜片压环和密封圈或者适当固定机构锁定。镜腔16的侧壁设置有镜腔手柄161，用户可通过镜腔手柄161将镜腔16径向插入到镜腔盒13内或者从镜腔盒13中取出镜腔16。此外，镜腔16的侧壁上还进一步设置有调节螺钉162，以便调节聚焦透镜12和切割头1的光轴之间的同心度。因而，激光器开启后，激光束被聚焦透镜12聚焦至切割嘴14的下方。\n[0021] 此外，切割头1在镜腔盒13和切割嘴14之间进一步设置有用于调节切割嘴14与聚焦透镜12的焦点之间的相对距离的螺旋调节机构17。在本实施例的螺旋调节机构17中，锁紧螺母171与镜腔盒13的外表面螺纹啮合，调焦螺母172与锁紧螺母171的外表面螺纹啮合。由第一滑套173和第二滑套174所组成的调焦滑套与调焦螺母172固定连接并在镜腔盒13内部沿轴向延伸。在第一滑套173和第二滑套174的外表面与镜腔盒13的内表面之间设置有一对锥形胀紧套175、176。并且在镜腔盒13的内表面上设置有用于作用锥形胀紧套175、176沿轴向相对运动的导向块178。在使用时，将调焦螺母172以及与之固定的调焦滑套旋转到锁紧螺母171的适当位置，然后相对镜腔盒13旋转锁紧螺母171，使导向块178作用锥形胀紧套175、176沿轴向相对移动，锥形胀紧套175、176径向挤压第一滑套\n173和第二滑套174的外表面与镜腔盒13的内表面，由此实现调焦螺母172的锁定。在需要调节切割嘴14与透镜焦点的相对距离时，松开锁紧螺母171，则导向块178不在作用胀紧套175、176，调焦螺母172可相对锁紧螺母171进行调节。调节完毕，旋紧锁紧螺母171，对调焦螺母172进行锁定。\n[0022] 在本实施例中，电容传感器15上接第一滑套173，下接切割嘴14。电容传感器15的作用是感应切割嘴14和被切割金属工件或其他适当工件所构成板式电容的电容值。该电容值输入到控制单元(未图示)，控制单元根据电容值的变化控制伺服传动机构，由此实现切割头14(聚焦透镜12的焦点)相对于被切割金属工件表面的随动。\n[0023] 在镜腔盒13侧壁设置有连通到镜腔16靠近连接机构11一侧的冷却气体通道\n132。在本实施例中，冷却气体经冷却气体通道132以及设置在密封环20上的气体通道输入到镜腔16上方，对切割头1内的光学组件(聚焦透镜12)进行冷却。\n[0024] 在镜腔盒13侧壁设置有连通到镜腔16相对切割嘴14一侧的切割辅助气体通道\n133。切割辅助气体经切割辅助气体通道133输入到切割头1的腔内并经切割嘴14输出。\n切割辅助气体可以包括用于加速切割工件氧化的氧气、吹扫气体以及起保护作用的惰性气体。\n[0025] 此外，本发明进一步提供了一种采用上文所描述的切割头的激光切割机。该激光切割机可以进一步包括：用于生成预定波长激光束的激光发生器；用于相对被切割工件传动切割头的伺服传动机构；以及用于控制伺服传动机构的控制单元，该控制单元根据切割头上的电容传感器所感应的切割嘴与被切割工件之间的电容值控制伺服传动机构，由此实现切割嘴(透镜焦点)相对被切割工件表面的随动。\n[0026] 在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下，可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。