[实用新型]一种多层气帘型激光切割头

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，更具体涉及一种多层气帘型激光切割头，适用于机床、工程机械、电气开关制造、电梯制造、粮食机械、纺织机械、机车制造、农林机械、食品机械、特种汽车、石油机械制造、环保设备、家用电器制造、大电机硅钢片等各种机械制造加工行业。

背景技术

随着激光技术的不断发展，激光设备已经成为现代化加工的重要装备之一，其加工过程的高效性、可控性、环保性、节能性等优点受到了市场的青睐，在冶金、钢铁、汽车等国民经济的重大行业中发挥着越来越重要的作用。

激光设备一般来说主要由激光光源、光路传输系统、光学聚焦头、控制机构、运动机构、辅助加工系统等单元组成。激光光源所产生的激光束经过外光路传输系统传输到光学聚焦头，将大尺寸光斑聚焦到所需要的光斑进行切割、焊接、热处理等应用。由于在加工的过程中，与被加工的工件相互作用的焦点处功率密度极高，瞬间将工件熔化（气化），同时产生大量等离子体并飞溅出大量的残渣，这些残渣会沿着光路部分进入切割头内部，附着在聚焦镜片表面污染聚焦镜，从而造成聚焦镜片的损害或炸裂，影响激光聚焦头的正常工作，在实际应用中制约了激光设备的长期安全可靠的运行。

为解决此问题，激光聚焦头在设计的过程中采用了多种保护技术，通常在聚焦镜前端增加一片激光保护窗镜，以阻挡飞溅的残渣直接污染聚焦镜。或者在聚焦镜和保护窗镜之间进行密封或通入气体形成正的压力保护，以阻隔飞溅残渣通过保护窗镜直接污染聚焦镜片。但是此类方案结构虽然简单，但是当激光保护窗镜损伤或者保护窗镜与聚焦镜之间的密封室封闭不严时，仍会有微小残渣进入，造成聚焦镜片的破损，影响该设备的正常运行。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种多层气帘型激光切割头，通过多层保护气喷头的合理布局，控制保护气体的流动方向和压力，达到更为可靠的保护效果。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

一种多层气帘型激光切割头，包括激光聚焦头外套筒，还包括设置在激光聚焦头外套筒上端的聚焦镜组，还包括从上至下依次设置在激光聚焦头外套筒侧壁上的第一层喷头、第二层喷头、第三层喷头和激光加工气进气口，激光聚焦头外套筒下端设置有激光加工喷嘴，激光聚焦头外套筒内设置有保护窗镜，保护窗镜垂直于聚焦镜组的光轴且位于第三层喷头和激光加工气进气口之间。

如上所述的第一层喷头至少为1个，分布在以聚焦镜组的光轴为中心轴的圆周上；所述的第二层喷头至少为1个，分布在以聚焦镜组的光轴为中心轴的圆周上；所述的第三层喷头至少为1个，分布在以聚焦镜组的光轴为中心轴的圆周上。

如上所述的第一层喷头的喷头出口方向朝向聚焦镜组且喷头出口方向与聚焦镜组的光轴的夹角为β，30°≤β≤90°；第二层喷头的喷头出口方向朝向激光加工气进气口且喷头出口方向与聚焦镜组的光轴的夹角为α，30°≤α≤90°；第三层喷头的喷头出口方向与聚焦镜组的光轴垂直。

如上所述的聚焦镜组为单个镜片或至少2个镜片组成的镜片组，每个镜片的上下表面均镀设有增透膜。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1、采用超硬膜层的激光保护层，提高了最外层聚焦镜片的自主保护能力。

2、采用双向密封技术，提高了聚焦镜和保护窗镜之间封闭室的密封程度。

3、环状阵列型的多层保护喷头，使得保护气在密封室形成分布均匀的正压，一旦保护窗镜损伤时，就会形成高效带方向性气流，阻碍飞溅残渣对聚焦镜片的污染和损害，实现安全可靠的保护。

4、设备体积较小、机械结构实现及调整简单、质量较轻，便于工业应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构图。

图中：1-经准直后的激光光束；2-激光聚焦头外套筒；3-聚焦镜组；4-密封保护室；5-第一层喷头；6-第二层喷头；7-第三层喷头；8-保护窗镜；9-激光加工喷嘴；10-第一层保护气进气口；11-第二层保护气进气口；12-第三层保护气进气口；13-激光加工气进气口；G-激光光路。

图2为图1中A-A的结构剖视图。

图中γ1为第一层喷头5喷头出口中心线与第一层进气口10中心线的夹角，γ2为第二层喷头6喷头出口中心线与第二层进气口11中心线的夹角。

图3为本实用新型的激光加工头工作的示意图。

图中：P1为第一层喷头5进气压力，P2为第二层喷头6进气压力，P3为第三层喷头7进气压力，a、b、c均为保护窗镜8损坏后第一、二、三层喷头进气气流方向，β为第一层喷头出口5中心线与聚焦镜组光轴的夹角，α为第二层喷头出口6中心线与聚焦镜组光轴的夹角。