[發(fā)明專利]包括具有用于控制光束直徑和/或焦點(diǎn)位置的可移動(dòng)透鏡的可控準(zhǔn)直器的激光切割頭

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680035521.8
• 申請日: 2016-06-20
• 公開（公告）號: CN107735206A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尤里·格拉普夫;菲利克斯·斯圖卡林;尼基特·奈爾
• 申請（專利權(quán)）人: IPG光子公司
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/064;B23K26/08
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 孫紀(jì)泉

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2015年6月19日提交的美國臨時(shí)專利申請No.62/182,217的權(quán)益，該美國臨時(shí)專利申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光切割，更具體地涉及包括具有用于控制光束直徑和/或焦點(diǎn)位置的可移動(dòng)透鏡的可控準(zhǔn)直器的激光切割頭。

背景技術(shù)

諸如光纖激光器等激光器經(jīng)常用于諸如切割等材料加工應(yīng)用。傳統(tǒng)的激光切割頭包括：準(zhǔn)直器，其用于將激光準(zhǔn)直；以及聚焦透鏡，其用于將激光聚焦到待切割的工件。一些切割應(yīng)用需要相對于工件不同的光斑尺寸和/或不同的焦點(diǎn)。現(xiàn)有的切割頭不允許為這些切割應(yīng)用快速調(diào)節(jié)光斑尺寸和焦點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種激光切割頭包括：可控準(zhǔn)直器，其構(gòu)造成聯(lián)接到光纖激光器的輸出光纖；以及聚焦透鏡，其構(gòu)造成將激光束相對于工件聚焦。所述可控準(zhǔn)直器包括：至少第一可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡和第二可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡；以及透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其聯(lián)接到所述透鏡，使得所述透鏡中的每一個(gè)透鏡能夠獨(dú)立地移動(dòng)。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，一種可控準(zhǔn)直器模塊包括：輸入端，其構(gòu)造成聯(lián)接到光纖，所述光纖聯(lián)接到光纖激光器；輸出端，其構(gòu)造成聯(lián)接到聚焦透鏡組件；至少第一可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡和第二可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡；以及氣動(dòng)透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其聯(lián)接到所述透鏡，使得所述透鏡中的每一個(gè)透鏡能夠獨(dú)立地移動(dòng)。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，一種激光切割系統(tǒng)包括：光纖激光器，其包括輸出光纖；以及激光切割頭，其聯(lián)接到所述光纖激光器的輸出光纖。所述激光切割頭包括可控準(zhǔn)直器以及構(gòu)造成將激光束相對于工件聚焦的聚焦透鏡。所述可控準(zhǔn)直器包括：至少第一可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡和第二可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡；以及透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其聯(lián)接到所述透鏡，使得所述透鏡中的每一個(gè)透鏡能夠獨(dú)立地移動(dòng)。所述激光切割系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，用以控制至少所述光纖激光器以及所述準(zhǔn)直透鏡的位置。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，一種激光切割方法包括：提供激光切割頭，所述激光切割頭包括至少第一可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡和第二可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡、用于移動(dòng)所述準(zhǔn)直透鏡的透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及聚焦透鏡；從光纖激光器產(chǎn)生原始激光束；使所述原始激光束通過所述第一可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡和第二可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡，由此將所述原始激光束準(zhǔn)直；使激光束通過所述聚焦透鏡，由此將所述激光束朝所述工件聚焦；以及利用所述透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)所述準(zhǔn)直透鏡，以改變光斑尺寸和焦點(diǎn)位置中的至少一者。

附圖說明

通過結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)描述，將會更好地理解這些和其它特征及優(yōu)點(diǎn)，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)的示意性框圖，該系統(tǒng)包括激光切割頭，激光切割頭具有準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器具有可移動(dòng)透鏡。

圖2和圖3是根據(jù)本發(fā)明的用在激光切割頭中的可控準(zhǔn)直器模塊的實(shí)施例的透視圖。

圖4是沿著圖3中的線4-4截取的可控準(zhǔn)直器模塊的剖視圖。

圖5和圖6是圖2和圖3所示的可控準(zhǔn)直器模塊內(nèi)部的前側(cè)視圖和后側(cè)視圖。

圖7是圖5和6所示的可控準(zhǔn)直器模塊中的透鏡和氣動(dòng)透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖視透視圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光切割頭包括可控準(zhǔn)直器，該可控準(zhǔn)直器具有可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡，用以控制光束直徑和/或焦點(diǎn)位置。激光切割頭可以用在激光切割系統(tǒng)中，該激光切割系統(tǒng)具有控制系統(tǒng)，用以控制可移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡的位置。例如，可以移動(dòng)透鏡以調(diào)節(jié)光斑尺寸，以便切割不同類型的材料或材料厚度。在改變激光切割頭相對于工件的距離之后，也可以移動(dòng)透鏡以調(diào)節(jié)焦點(diǎn)回到工件。

參考圖1，激光切割系統(tǒng)100包括激光切割頭110，該激光切割頭聯(lián)接到光纖激光器112的輸出光纖111。激光切割頭110可以用于在工件102上執(zhí)行切割和其它激光加工或處理操作。激光切割頭110和/或工件102可以沿著切割方向106相對于彼此移動(dòng)。激光切割頭110可以位于移動(dòng)臺114上，以便沿著至少一個(gè)軸線(例如沿著切口106的長度)相對于工件102移動(dòng)切割頭110。附加地或替代地，工件102可以位于移動(dòng)臺108上，以便相對于激光切割頭110移動(dòng)工件102。

光纖激光器112可以包括鐿光纖激光器，鐿光纖激光器能夠產(chǎn)生處于近紅外光譜范圍(例如1060至1080nm)內(nèi)的激光。鐿光纖激光器可以是單模式或多模式連續(xù)波鐿光纖激光器；在一些實(shí)施例中，這種激光器能夠產(chǎn)生功率高達(dá)1kW的激光束；在其它實(shí)施例中，這種激光器能夠產(chǎn)生功率更高達(dá)20kW的激光束。光纖激光器112的實(shí)例包括能夠從IPG光子公司購得的YLR SM系列或YLR HP系列激光器。