[发明专利]激光加工头

说明书

本申请要求2010年10月20日提交的第61/405,112号在先美国临时申请的优先权，并且作为其非临时申请的一部分；本申请还要求2010年10月20日提交的第EP10188198号在先欧洲申请的优先权；第EP10188198号欧洲申请和第61/405,112号美国临时申请的全文通过引用被清楚地结合于此，其所有的含义与目的都与本文所阐述的相同。

技术领域

本发明涉及一种用于激光加工机的激光加工头，包括由导电材料形成的用于传感器部件的安装件，由电绝缘材料、优选地由塑料制成的、用于电屏蔽的外隔离部件，和插入所述外隔离部件内作为辐射屏蔽的内绝缘部件。

背景技术

由于激光加工机需要高功率密度，因此激光加工头需同时符合多种要求。

首先，在激光切割过程中激光加工头的内部被持续地暴露于高辐射负载条件之下并且需要被相应地加以保护。此外，为了测量激光加工嘴和待加工工件之间的距离，必须提供传感器机构，其同样需要在极端条件下可靠地工作。通常，该距离通过测电容的方式加以测量，也就是说需要测量由激光加工头或传感器部件与工件形成的电容。这通常是通过测量其所成形的谐振电路的频率而实现的。为了不接收错误结果，激光加工头必须从外部电绝缘。

今天，通常使用陶瓷部件使切割嘴与所述切割头及所述机械的其他部分电绝缘。由于陶瓷易破碎，因此塑料是一种可替代的选择。

在先文件WO2007073745A1公开了一种用于激光加工机的传感器装置。对于前文所述的电绝缘问题，该公开文件建议为激光加工头制作一个由塑料，即不导电材料制成的外壳。

显而易见地，激光通道的壳或壁的内部将经常暴露于强烈的激光辐射中。塑料不能提供足够的辐射抗性，辐射损伤将使塑料快速老化并且需要经常更换激光加工头，而这将导致成本和维护的增加。

为了解决该问题，WO2007073745A1建议使用由不导电的、耐热材料制成的内屏蔽部件或额外的内绝缘部件解决激光和/或热辐射的问题。该内绝缘部件以管状段的形式插入由塑料制成的外隔离部件中。石英玻璃和陶瓷被认为是合适的材料。

由塑料制成的外隔离部件被用于电屏蔽，而由不导电、耐热材料制成的内屏蔽部件被用于屏蔽激光辐射和/或热。

然而，所使用的材料并不能同时满足辐射抗性和机械性能的最优化。接通和断开状态之间持续的高温差意味着这些材料疲劳，产生裂纹或完全断裂。因此，过早的更换是不可避免的。

US5,128,508A公开了一种用于激光切割头的嘴组件，其具有绝缘材料制成的带有从中穿过的中部通道的接收部件。该接收部件保持用于安装所述嘴的由导电材料制成的插入件。该嘴用作电极，其通过所述插入件和在所述接收部件内设置的导体连接至一测量和控制设备。该绝缘材料接收部件不再容纳额外的内部屏蔽件。该接收部件通过一可螺纹啮合在切割头上的联接器抵靠着切割头的颈部。在该接收部件和所述颈部之间没有直接的机械连接。只是通过所述联接器提供一间接连接，使所述接收部件可与所述颈部分离。可以看出，这种激光切割头的缺点在于缺少覆盖接收部件的内表面的额外的屏蔽件。颈部的下部仅仅覆盖了接收部件的内表面的上部并且其仅仅被用作凹槽以使所述接收部件在所述激光切割头上对中。在颈部部分被辐射破坏的情况下，它需要被更换。然而，由于所述颈部部件只有在接收部件被移除时才能被接触到并且由于所述颈部部件不能与激光切割头分离，因此更换的时间和成本将极其的高。

US6,822,187B1公开了一种激光切割或焊接设备，该设备具有激光头和机器人，其中激光头被附加在机器人上。进入激光嘴之前的激光束的通道不具有任何额外的内部辐射屏障。这种激光头的寿命被缩短并且被辐射损坏的部件的更换成本很高。

DE4035404A1涉及一种用于机加工的金属激光嘴。为使激光头与外部电绝缘，提供了由电绝缘材料制成的外主体。然而，这种系统的缺点在于，激光嘴电极与激光头的其他部件之间没有隔离。因此可能产生测量错误或假象。

DE4201640C1公开了一种与US5,128,508A相类似的组件。

发明内容

本发明一方面试图通过提供一种抗辐射的激光加工头克服这些缺点，另一方面确保工件和激光加工嘴之间精确并且可靠的距离测量。该激光加工头应因此结合了以下特性：因有效地屏蔽了辐射而具有耐久性，以及可靠并且无误地测量工件距离。此外，该激光加工头应当是免维护的、便宜的并且易于组装的。

这些目的是通过本文开头时提到的带有由金属形成并且与传感器部件电隔离的内隔离部件的这种类型的激光加工头实现的。