[发明专利]激光加工头

说明书

技术领域

本发明属于激光加工领域，特别是涉及一种激光加工头。

背景技术

激光加工是一种被日益广泛应用的非接触式加工方法。通常可以将低 强度平行激光能量通过光学系统聚焦形成很小直径的高强度能量场，作 用于工件，将工件加热，熔化，或直接升华从而达到变形，硬化，焊接， 切割或划线的加工目的。一个完整的激光加工系统包括激光器，光路传输 单元，激光加工头，运动与控制系统，工件，以及辅助系统(如辅助加工气 体等)。

激光加工虽然有很多优点，但此类系统相对于其它系统，如机械加工 系统，价格偏高，操作复杂。激光加工头是激光加工系统中非常重要的部 分。传统典型的激光加工头由一系列较为复杂的部件组成。激光器发出的 光束经过激光入射口及反射镜单元进入分光镜单元，光能大部分反射向工 件方向，经过透镜单元聚焦、间距微调单元、辅助气体接口及隔离镜片腔体， 然后经过喷嘴施加于工件上进行加工。为方便定位和监测，一些激光头设置 有同轴的CCD。整个激光头通过固定架与外部结构连接。为满足光路的精 确调节，上述部件需要达到足够的定位与调节精度。由于许多部件普遍采 用圆柱形结构，这些部件的加工需要加工内表面及外表面，还要与方形结构 联结。这种结构的复杂性导致了制造成本较高，一定程度上制约了其大批量 应用。使用同样的激光器与运动系统，改变激光头可以产生很不一样的加 工结果。比如，切割与钻孔加工中激光加工头可以喷射气流保护透镜和增 加工艺效率，焊接中激光加工头可以将保护气体施加于焊接区域提高焊 接质量，升华去除加工中激光加工头可以减少去除物的粘连等。除了必需 的光束调节单元(包括激光入射口，分光反射镜，透镜，保护玻璃片等)外， 激光加工头往往还将CCD成像单元，微校正单元，间距调整控制单元，功 率检测单元，辅助介质接口与喷射单元等集成为一体，形成各种复杂程度 的激光加工头产品。

因为加工的复杂性，定位的精确要求，以及用户的特定要求，传统激光 加工头的价格一直居高不下，交货滞后期长，在一定程度上制约了激光加 工的广泛应用。举例来讲，一个典型实用的工业用激光加工头的价格在 5000到10000美元之间。目前的激光加工头往往重量偏大。

造成上述现象的原因是多方面的。其中最重要的原因是因为目前的激 光加工头由众多的部件组装而成，其中许多核心部件采用旋转式中空结 构。这些中空结构用螺纹连接，又要加工出支撑台阶，中心孔，侧面固定孔， 以及与管道的连接界面等。在封闭的内表面上加工精密结构，这不可避免 地增加了加工成本。

另外，旋转组装结构的高成本制约了复杂功能的高密度集成。

综上所述，激光加工头需要降低成本，又需要集成所需功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光加工头，解决既要降低成本，又要集成 所需功能的矛盾，进一步提高激光加工头的功能集成度。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种激光加工头，包括加 工头基体和装在基体上的激光加工功能单元，所述加工头基体由至少两个 采用开放式加工的板块式单元组装而成，所述激光加工功能单元集成于板 块式单元上，提高激光加工头的功能集成度和实现小型化或微型化。

所述的板块式单元至少包括主板和封装板，主板与封装板装配连接， 所述激光加工功能单元集成于主板上，所述主板为一层或多层结构。

所述激光加工功能单元至少包括：一个喷嘴，所述喷嘴装在基体下方， 喷嘴上部容纳在主板和封装板形成的空腔内；一个激光接口，用于接受激 光束入射；一个光束放大、平行与聚焦单元，用于将入射的激光束反射向 出射光路并进行能量集中。

所述的板块式单元还包括温度调节板，所述温度调节板内具有介质流 通槽，所述温度调节板的外表面具有介质流通槽接口。

所述的主板上还包括一个或多个介质流通接口，用于引入激光加工所 需的辅助介质；一个或多个加工飞屑或废气抽取单元，用于抽取加工工件 过程中产生的飞屑或者废气。

所述激光加工功能单元还包括一CCD单元，装在加工头基体上与喷嘴 相对的一侧，用于定位和监测。

所述激光加工功能单元还包括激光快门单元，用于控制激光能量的通 断。

所述激光加工功能单元还包括一智能控制单元，用于与计算机相连接。

所述激光加工功能单元还包括一间距控制传感单元，用于控制激光头 与工作的距离。