[发明专利]一种多功能激光加工头

说明书

技术领域

本发明属于激光加工应用领域，具体涉及到一种多功能激光加工头。

背景技术

目前激光加工头主要分为两种：第一种喷嘴式激光加工头，它由聚焦透镜和加工喷嘴组成的激光加工头装置，其激光加工方法是激光束通过聚焦透镜和同轴加工喷嘴聚焦束在被加工工件上，移动工作台或固定工作台通过导光系统来移动激光聚焦束对工件进行加工。这种激光加工方式可以通过同轴加工喷嘴输出某种气体到激光加工区域，保护被加工区域避免被氧化(如氩气)或与被加工区域发生化学反应(如氧气)，助燃以提高加工效率或排出加工区熔渣(如氮气)等。该方式最大的缺陷是加工速度较慢，其原因是工作台或导光系统质量较大，快速加工和变换方向以及启动/停止时，将产生较大的惯性和震动，导致较大的误差。尤其是在加工曲率半径较小的曲线时，加工速度因惯性原因下降，使激光束与加工物质的相互作用时间过长，热影响区增大，无法获得较高的加工质量。此外，加工速度较慢也将影响激光加工效率，这也是在工业应用中所要考虑的重要指标之

第二种是扫描振镜式激光加工头，它由xy两维全反扫描振镜和扫描聚焦透镜(如平常聚焦透镜或远心扫描透镜)组成，激光加工方法是激光束通过xy两维扫描振镜和扫描聚焦透镜聚焦在加工工件上。xy两维扫描振镜在计算机的控制下运动，带动聚焦激光束对工件进行平面扫描加工。这种激光扫描加工方式具有输出力矩大、转动惯量小、响应速度快(可达0.5毫秒以下)等优点。不但可以快速加工来提高加工效率，而且在加工曲率半径较小的曲线时，因扫描速度较快，使激光束与加工物质的相互作用时间短，减小热影响区而获得较好的加工质量和较高加工效率。该方式的主要缺点是无法采用与激光聚焦束同轴的加工喷嘴而不具有保护、排除或助燃提高加工效率功能，该缺陷也会导致精细微加工精度和质量变差。

发明内容

为了克服以上两种激光加工工所具有的缺陷，充分利用它们的长处，本发明提供了一种多功能激光加工头，可以实现以上二种激光加工方式，不但降低成本，提高效率，而且增强了激光加工能力。

本发明提供的一种多功能激光加工头，其特征在于，通过连接件将扫描振镜式激光加工头和喷嘴式激光加工头组合成一个封闭结构，使工作时激光束进入扫描振镜式激光加工头，经过扫描振镜式激光加工头投射到喷嘴式激光加工头，再汇聚到固定在两维工作台上的工件表面上。

作为上述技术方案的改进，连接件为连接筒，扫描振镜式激光加工头包括两维全反扫描振镜和聚集透镜，所述聚集透镜和同轴加工喷嘴构成喷嘴式激光加工头，所述同轴加工喷嘴上连接有进气管，连接筒将两维全反扫描振镜、聚集透镜和同轴加工喷嘴依次连接在一起，并形成一个封闭结构。

作为上述技术方案的进一步的改进，所述连接筒位于所述两维全反扫描振镜与所述聚集透镜之间，或者位于所述聚集透镜与所述同轴加工喷嘴之间。

作为上述技术方案的更进一步的改进，连接筒应将聚集透镜与两维全反扫描振镜中的x、y轴全反镜之间的间隔固定在一个适合的距离，以避免在加工材料过程中产生的反射光损坏x、y轴全反镜表面膜层。同轴加工喷嘴的出口直径大小应该依加工尺寸范围和类别确定；当用于焊接、表面处理和熔覆应用时，同轴加工喷嘴的直径大于加工区域的尺寸；当用于刻蚀、切割和钻孔应用时，同轴加工喷嘴的直径小于等于加工区域的尺寸。

本发明的基本原理是采用一种机械装置将上述两种激光加工方式结合在一起，利用它们各自的优点来互补各自缺陷，在快速扫描加工的同时能对加工区域实现保护避免氧化或排渣或化学反应等功能，提高加工精度和效率的同时也改善加工质量。但该发明的装置并不是简单的将上述两种激光加工方式直接结合在一起，而是必须要考虑下面的设计因素：

1、必须采用光学设计原理和聚焦透镜的焦长，计算聚焦透镜与扫描振镜中的反射镜片的合适距离，避开在加工材料过程中产生的反射光能损坏扫描振镜中的反射镜表面膜层的距离；

2、对于加工精度或质量要求不很高时，可采用一般的聚焦透镜即可；但对加工精度或质量要求很高时，需采用扫描聚焦透镜；

3、喷嘴出口直径大小，应根据加工尺寸范围和类别(钻孔或刻蚀或焊接或表面处理等)而定。

附图说明

图1为本发明的一种具体实现方式的结构示意图；

图2为本发明的另一种具体实现方式的结构示意图。

具体实施方式