专利名称：用于固定激光加工头内的光学元件的盒子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于固定激光加工头内的光学元件的盒子，特别是用于固定一种聚焦光学元件的盒子，以及一种包含这种盒子的激光加工头。
背景技术：
在利用激光加工头加工工件的过程中，例如激光切割过程中，通常情况下会运用到一种带有一个外壳的激光加工头，其中穿过激光加工头的激光束利用一个光学元件实现聚焦，从而对工件进行加工。此外，由于在应力较强的情况下，材料内会出现裂痕或者很容易被污染，可以将聚焦光学元件放在一个密封元件的下面。出于此种原因，需要经常更换聚焦光学元件，其中快速并有效地实施该更换过程往往是非常重要的。当所需的激光束聚焦的焦距不同时，同样也需要更换聚焦光学元件。 如DE 295 07 189 Ul中所公开的一种用于利用激光束加工工件的接头，该接头包含一个外壳和一个带有聚焦光学元件的附加装置，该附加装置可侧向地插入外壳并且是可替换的。此外，所述附加装置具有光束输入端和光束输出端的开口，其中所述聚焦光学元件放置到外壳内的两个开口之间。DE 196 30 147 Al中描述了另外一种更换聚焦光学兀件的途径一种用于利用激光束加工工件的接头，具有一个放置在接头内的自动的聚焦光学元件更换装置。此外，所述聚焦光学元件更换装置包含一个可移动的支座，该支座具有多个针对相应的多个聚焦光学元件设置的收纳处，其中通过所述支座的运动可以逐个地将相同的或者不同的聚焦光学元件定位到激光的光束路径。直到更换装置的所有聚焦光学元件都磨损了，才会将其拆卸并更换。尽管如此，对于依据现有技术的更换装置，还是会经常出现如下问题聚焦光学元件的更换多数情况下发生在相对较不洁净的环境下，例如在车间内，在此过程中光学元件会被污染。透镜上的污染物会通过激光辐射造成透镜的升温。透镜会由此变成一个热的透镜，在此情况下焦点的位置会发生移动。进而最不利的情况下必须中断激光加工过程。所以，在将透镜直接放置到激光加工头内之前对其进行简单而快速的清洁是不可或缺的。然而，透镜的安装深度与透镜直径之间的比值往往是非常大的，为此对透镜进行清洁是非常困难度，甚至是不可能的。
发明内容
因此，本发明的目的在于实现一种用于固定激光加工头内的光学元件的盒子，特别是用于固定一种聚焦光学元件的盒子，以及一种包含这种盒子的激光加工头，通过这种激光加工头至少能很大程度上减小光学元件的污染和/或者简单而快速地对光学元件进行清洁。本发明用来达成上述目的的解决方案为依据独立权利要求的盒子以及激光加工头。本发明有利的改进方案将在对应的权利要求中进行说明。
依据本发明，一种用于固定激光加工头内的光学元件的盒子，具有一个放置所述光学元件的盒子外壳和至少一个透明的保护设备，所述盒子外壳包括一个光束输入端的开口和一个光束输出端的开口，所述透明的保护设备布置在所述盒子外壳的所述光束输入端的开口处或者所述光束输出端的开口处，从而保护光学元件，以防止污染物带来的伤害。通过所述透明的保护设备甚至可以避免所述光学元件被污染，以及可以实现所述透明的保护设备的简单而且可快速实行的清洁，因为所述光学元件位于盒子外壳的能轻易到达的开口区域内。为了避免污染物通过另外的开口进入所述盒子并污染所述光学元件，如下方案是有利的另外一个透明的保护设备布置在所述盒子的另外一个开口处。如下方案有利于轻易地清洁所述透明的保护设备所述透明的保护设备在背离所述光学元件的一侧具有一个平坦的平面。在本发明一种特别简单的改进方案中，所述透明的保护设备为一个保护玻璃。
同样的，也可以用一个平凸透镜或者平凹透镜替代上述保护玻璃。同样的，为了避免很小的污染颗粒和/或者湿气渗透到盒子内，将以一种优选的实施方式气密地密封所述两个透明的保护设备。此外，优选而言，所述盒子内填充有干燥的空气、氮气或者一种惰性气体。由此可以在周围温度出现起伏的情况下避免湿气凝结在盒子外壳上，特别是避免湿气凝结在保护设备的内表面上。在本发明的一种有利改进方案中，所述至少一个透明的保护设备按如下方式放置到所述盒子外壳的对应的开口处所述至少一个透明的保护设备的背离所述光学元件的平面大体上与所述盒子外壳的一个围绕开口的外侧面齐平。由此可额外地简化所述透明的保护设备的清洁过程，因为在被清洗的区域没有阶梯的结构。这种形式的优点还可以通过如下方案实现所述透明的保护设备放在所述盒子外壳的一个围绕开口的外侧面上。如下方案是有利的所述至少一个透明的保护设备与所述盒子外壳粘接在一起。为了灵活地设置激光束的焦点并从而将焦点的位置校准到一个激光加工头内，如下方案是有利的所述光学元件可以沿平行于激光束路径的方向和/或者垂直于激光束路径的方向运动。进一步的是，依据本发明，一种带有上述盒子的附加装置，盒子放置到附加装置的一个外壳内，该外壳具有相应的光束输入端和光束输出端的开口，盒子可以沿平行于或者垂直于激光的光束路径的方向运动。本发明的这种实施形式的一种显著优点为不需要将用于校准光学元件的机械装置及传动装置(如果存在的话)设置到盒子内，因为在附加装置内已经设有上述装置。由此可以简化盒子的构造，从而实现更低的制造成本。进一步的是，当使用到多个带有不同焦距的光学元件的盒子时，借助一个附加设备，除了可以节约成本夕卜，还可以节约用于存放更换组件的空间。在本发明的另外一种有利的改进方案中，一个盒子放置到一个附加设备的外壳内，其中所述外壳具有相应的光束输入端和光束输出端的开口，并且其中所述至少一个透明的保护设备按如下方式放置到对应的外壳开口处所述至少一个透明的保护设备的背离所述光学元件的平面大体上与所述外壳的一个围绕开口的外侧面齐平。这种实施形式的优点为不仅是所述光学元件，而且外壳的整个内部结构都不会受到污染物的伤害。所述透明的保护设备也可以放在所述外壳的一个围绕开口的外侧面上，从而使被清洗的区域不出现阶梯的结构并由此简化所述透明的保护设备的清洁过程。在此，如下方案是有利的所述至少一个透明的保护设备与所述外壳粘接在一起。为了避免很小的污染颗粒和/或者湿气渗透到盒子内，将以一种优选的实施形式气密地密封所述两个透明的保护设备。此外，优选而言，所述外壳内填充有干燥的空气、氮气或者一种惰性气体。由此可以在周围温度出现起伏的情况下避免湿气凝结在外壳上。当所述盒子在所述外壳内部可以沿平行于和/或者垂直于激光光束路径的方向运动时，可以改变激光束的焦点位置，该方案的优点为可以加工各种离激光头距离不同的 工件。优选而言，本发明的盒子或者本发明的附加装置具有至少一个用于密封外壳的开口的盖子。所述盖子在开口的区域内具有一个空隙，通过该空隙激光束可以进入到外壳内或者激光束可以从外壳中出来。所述至少一个透明的保护设备放在所述盖子背离所述光学元件的外表面上或者放置到空隙内。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。图I为本发明盒子的第一实施形式的截面示意图。图2为本发明盒子的第二实施形式的截面示意图。图3为本发明盒子的第三实施形式的截面示意图。图4为本发明盒子的第四实施形式的截面示意图。图5为本发明盒子的第五实施形式的截面示意图。图6为本发明附加装置的第一实施形式的截面示意图。图7为本发明附加装置的第二实施形式的截面示意图。图8为本发明盒子的第六实施形式的截面示意图。图9为本发明附加装置的第三实施形式的截面示意图。
具体实施例方式在
中各个附图中，彼此对应的部件使用相同的附图标记表示。图I所示，一个第一种盒子，如可以运用在一个激光加工头内的盒子，具有一个盒子外壳10,该盒子外壳带有一个光束输入端和一个光束输出端的开口 11、12。一个光学兀件20放置到盒子外壳10内，例如该光学元件20为一个透镜。当然，该光学元件20也可以由多个光学组件组成。例如，可以使用多个透镜。此外，优选而言，光学元件20的一个光学轴21平行于盒子外壳10的一个轴13。在本具体实施例中，一个透明的保护设备40布置在图中位于上方的光束输入端开口处。借此可以避免对光学元件20的污染以及由此产生的透镜的升温，此种透镜的升温会导致焦点发生移动。根据盒子10在激光加工头内的安装位置，当光束输出端的开口 12处被污染的风险较大时,保护设备40也可以布置在光束输出端的开口 12处。
如图2中所示，本发明的盒子也可以具有两个透明的保护设备40、50，其中一个透明的保护设备40布置在光束输入端的开口 11处而另一个透明的保护设备50布置在光束输出端的开口 12处。通过装配两个透明的保护设备40、50，可以例如气密地封闭盒子以及(如果需要的话)可以在盒子外壳10的内部填充例如干燥的气体、氮气或者一种惰性气体。由此可以在例如周围温度出现起伏的情况下避免湿气凝结在盒子外壳10上以及在保护设备40、50上出现凝水现象。接下来将结合图I至图4对透明的保护设备40、50在盒子外壳10内的几种固定方式进行描述。此外，接下来的实施方式部件适用于固定在盒子外壳10的光束输入端的开口 11处的透明的保护设备40，而且适用于固定在盒子外壳10的光束输出端的开口 12处的透明的保护设备50。结合图I和图2可知，对应的透明的保护设备40、50可以放在盒子外壳10的一个围绕开口 11、12的外侧面上，例如放在上端面14以及下端面15上。此外，优选而言，透明的保护设备40、50的垂直于轴13的直径与盒子外壳10的外直径大体上相等。但是在其他 的实施方式中他们的直径也可以不相等。如图3中所示，透明的保护设备40、50也可以按如下方式放置到盒子外壳10的对应的开口 11、12处透明的保护设备40、50的背离光学元件20的平面大体上与盒子外壳10的一个围绕开口 11、12的外侧面即端面14、15齐平。此外，优选而言，透明的保护设备40、50的垂直于轴13的直径与盒子外壳10的内直径大体上相等。如图4所示的另外一种方案中，透明的保护设备40、50与开口 11、12周围的端面14、15齐平地放置到盒子外壳10内。此外，盒子外壳10在其对应的末端具有一个带有肩部16,17的阶梯结构。此外，按如下方式选择透明的保护设备40、50垂直于轴13的直径放置到阶梯结构的保护设备40、50的外围表面大体上齐平地紧贴到阶梯结构相应的内部表面。按如下方式选择透明的保护设备40、50的厚度保护设备40、50的外表面41、51大体上与端面14、15处于一个平面。如图5中所示的具体实施例中，光学元件20运动地放置在盒子外壳10的内部，从而可以校准激光束的焦点位置。此外，如上文中结合图I至图4所描述的，所述至少一个透明的保护设备40、50放置到盒子外壳10内或者放在盒子外壳10上。如图6所示为本发明的附加装置，如上文中结合图I至图5所描述的本发明的盒子放置到该附加装置的外壳60内。此外,该外壳60包含一个光束输入端和/或者一个光束输出端的开口 61、62。优选而言，盒子在外壳60内可以沿平行于和/或者垂直于激光束路径21的方向运动，从而可以灵活地设定激光束的焦点。如图7所示为依据第二实施方式的带有一个盒子的本发明附加装置，与图6所示的实施方式类似，一个本发明盒子放置到附加装置的一个外壳60内。此外，透明的保护设备40、50并不是固定在盒子内，而是固定在附加装置的外壳上。此外，与上述的本发明盒子类似，本发明的附加装置在光束输入端和/或者光束输出端的开口处拥有一个透明的保护设备40、50。对应的透明保护设备40、50在外壳60上的固定方式与透明的保护设备40、50在盒子外壳10的固定方式类似，如图I至图5所描述的以及上文所说明的固定方式。特别的是，透明的保护设备40、50可以放置到外壳60的开口 61、62中对应的一个开口处，从而使透明的保护设备40，50的背离光学元件20的一侧与围绕开口的外侧面齐平，特别的是与对应的端面64、65 (图中未描述)齐平。当然，透明的保护设备40、50也可以如上所述放在端面64、65上。同样的，如图7中所示，透明的保护设备40、50也可以运动地放置在外壳60的内部，从而可以校准激光束的焦点。图8所示为本发明盒子的另外一种实施方式。这种实施方式与图I至图5中所示的实施方式的不同之处在于，所述盒子还包含至少一个盖子70，该盖子70放在盒子外壳10的开口 11、12上。盖子70具有一个空隙71，通过该空隙71激光束可以进入到盒子外壳10或者激光束可以从盒子外壳10中出来。透明的保护设备40、50按如下方式放置在盖子70的一个外表面透明的保护设备40、50密封空隙71。此外，优选而言，透明的保护设备40、50与盖子70粘接在一起。为此，盖子在其围绕空隙71的外表面具有一个外围沟槽72，在该外围沟槽72内注入合适的粘合剂，例如环氧树脂，从而使盖子70与透明的保护设备40、50粘性地连接在一起。另外，保护玻璃的边缘与盖子70的外围表面齐平。当然，透明的保护设备40、50也可以放置到盖子70的空隙71内(图中未描述)。对此，如下方案是优选的透明的保护设备40、50的背离光学元件的一侧为平坦的表面并且 与围绕空隙71的盖子70的立面齐平，从而使其在表面不具有边缘。另外，如图8中所示，盖子70拥有一个L形状的截面并且拧固在盒子外壳10上。为此，盖子70的内表面和盒子外壳10的外表面，两围面大体上是相同的，具有相应的螺纹74。优选而言，盖子70的螺纹74在阶梯区域内被设置成完全相同的形式。此外，优选而言，盖子70的外表面与盒子外壳10的外表面齐平，从而使盖子70不会从盒子外壳10突出来。图9所示为本发明附加装置的另外一种实施方式，与图8中的盒子类似，该附加装置具有一个盖子70，透明的保护设备40、50固定在该盖子70上。所以，关于图9的信息请参阅图8中的实施方式。如图7所描述的，通过装配两个透明的保护设备40、50，可以例如气密地封闭外壳60以及(如果需要的话)可以在外壳60的内部填充例如干燥的气体、氮气或者一种惰性气体。由此可以在例如周围温度出现起伏的情况下避免湿气凝结在外壳60的内部。在此，透明的保护设备40、50可以与外壳10、60粘接在一起。透明的保护设备40、50在背离所述光学元件20的一侧具有一个平坦的平面，从而简化透明的保护设备的清洁过程。如上所述，透明的保护设备40、50可以是一个保护玻璃、一个平凸透镜或者平凹透镜。在一种使用两个透明的保护设备40、50的具体实施例中，两个透明的保护设备40、50可以是相同的，也可以是不同的。例如，一个透明的保护设备是透镜而另外一个是保护玻璃。由此，依据本发明，将一个带有光学元件的盒子以及带有这种盒子的附加设备安装到激光加工头内。此外，所述盒子或者附加设备在光束输入端和/或者光束输出端的开口处包含透明的保护设备，从而使光学元件在更换盒子或者附加设备的过程中不被污染，以及简化透明的保护设备的清洁过程，因为该透明的保护设备位于能轻易到达的位置。依据本发明，可以避免由光学元件的污染而造成的透镜的升温，从而提高需要借助激光加工头执行的工艺过程，例如焊接或者切割过程中的可靠性。
权利要求
1.用于固定激光加工头内的光学元件(20)的盒子，包括 一个放置所述光学元件(20)的盒子外壳(10)，该盒子外壳(10)包括一个光束输入端的开口(11)和一个光束输出端的开口(12);和 至少一个透明的保护设备 (40)，该透明的保护设备(40)布置在所述盒子外壳(10)的所述光束输入端的开口(11)处或者所述光束输出端的开口(12)处，从而保护光学元件(20)，以防止污染物带来的伤害， 其中所述透明的保护设备(40，50)在背离所述光学元件(20)的一侧具有一个平坦的平面(41，51)。
2.如权利要求I中所述的盒子，其特征在于，另外一个透明的保护设备(50)布置在所述盒子外壳(10)的另外一个开口处。
3.如权利要求I或2中所述的盒子，其特征在于，所述至少一个透明的保护设备(40，50)为一个保护玻璃。
4.如权利要求I或2中所述的盒子，其特征在于，所述至少一个透明的保护设备(40，50)为一个平凸透镜或者平凹透镜。
5.如权利要求2至4中任一项所述的盒子，其特征在于，所述两个透明的保护设备(40.50)气密地密封对应的开口(11，12)。
6.如权利要求5中所述的盒子，其特征在于，所述盒子内填充有氮气或者一种惰性气体。
7.如上述权利要求中任一项所述的盒子，其特征在于，所述至少一个透明的保护设备(40，50)按如下方式放置到所述盒子外壳(10)的对应的开口(11，12)处所述至少一个透明的保护设备(40，50)的背离所述光学元件(20)的平面大体上与所述盒子外壳(10)的一个围绕开口(11，12)的外侧面齐平。
8.如权利要求I至6中任一项所述的盒子，其特征在于，所述至少一个透明的保护设备(40，50)放在所述盒子外壳(10)的一个围绕开口(11，12)的外侧面上。
9.如权利要求5至8中任一项所述的盒子，其特征在于，所述至少一个透明的保护设备(40.50)与所述盒子外壳(10)粘接在一起。
10.如上述权利要求中任一项所述的盒子，其特征在于，所述光学元件(20)在盒子外壳(10)内可以沿平行于激光束路径的方向和/或者垂直于激光束路径的方向运动。
11.附加装置包括一个外壳(60)和一个如权利要求I至9中任一项所述的盒子，所述外壳(60)具有光束输入端和光束输出端的开口(61,62),其中所述盒子放置到所述外壳(60)内并且在所述外壳(60)内可以沿平行于激光束路径的方向和/或者垂直于激光束路径的方向运动。
12.附加装置包括一个外壳(60)和一个如权利要求I至4中任一项所述的盒子，其中所述盒子放置到所述外壳(60)内，所述外壳(60)具有相应的光束输入端和光束输出端的开口(61，62)，并且所述至少一个透明的保护设备(40，50)按如下方式放置到所述外壳(60)的对应的开口(61，62)处所述至少一个透明的保护设备(40，50)的背离所述光学元件(20)的平面大体上与所述外壳(60)的一个围绕开口的外侧面齐平。
13.附加装置包括一个外壳(60)和一个如权利要求I至4中任一项所述的盒子，其中所述盒子放置到所述外壳(60)内，所述外壳(60)具有相应的光束输入端和光束输出端的开口(61，62)，并且所述至少一个透明的保护设备(40，50)放在所述外壳(60)的一个围绕开口(61，62)的外侧面上。
14.如权利要求12或13中所述的附加装置，其特征在于，所述至少一个透明的保护设备(40，50 )与所述外壳(60 )粘接在一起。
15.如权利要求12、13或14中所述的附加装置，其特征在于，所述两个透明的保护设备(40，50)气密地密封对应的开口。
16.如权利要求15中所述的附加装置，其特征在于，所述附加装置内填充有氮气或者一种惰性气体。
17.如权利要求11至16中任一项所述的附加装置，其特征在于，所述盒子在所述外壳(60)内可以沿平行于激光的光束路径的方向和/或者垂直于激光的光束路径的方向运动。
18.如权利要求I至6中任一项所述的盒子，还包含至少一个用于密封盒子外壳(10)的开口(11，12)的盖子(70)， 其中所述盖子(70)在开口(11，12)的区域内具有一个空隙(71)，通过该空隙(71)激光束可以进入到盒子外壳(10)内或者激光束可以从盒子外壳(10)中出来，和 其中所述透明的保护设备(40，50)放在所述盖子(70)背离所述光学元件的外侧面(14，15)上或者放置到空隙(71)内。
19.如权利要求18所述的盒子，其中所述盖子(70)拧固在所述盒子外壳(10)上，并且其中所述透明的保护设备(40，50)与所述盖子(70)粘接在一起。
20.附加装置包括一个外壳(60)和一个如权利要求I至4中任一项所述的盒子，所述外壳(60)具有光束输入端和光束输出端的开口(61,62),其中所述盒子放置到所述外壳(60)内并且所述附加装置还包含至少一个用于密封外壳(60)的开口(61，62)的盖子(70)， 其中所述盖子(70)在开口(61，62)的区域内具有一个空隙(71)，通过该空隙(71)激光束可以进入到外壳(60)内或者激光束可以从外壳(60)中出来，和 其中所述透明的保护设备(40，50)放在所述盖子(70)背离所述光学元件的外侧面(64，65)上或者放置到空隙(71)内。
21.如权利要求20中所述的附加装置，其中所述盖子(70)拧固在所述外壳(60)上，并且其中所述透明的保护设备(40，50)与所述盖子(70)粘接在一起。
全文摘要
本发明涉及一种用于固定激光加工头内的光学元件(20)的盒子，包括一个放置所述光学元件(20)的盒子外壳(10)和至少一个透明的保护设备(40)，所述盒子外壳(10)包括一个光束输入端的开口(11)和一个光束输出端的开口(12)，所述透明的保护设备(40)布置在所述盒子外壳(10)的所述光束输入端的开口(11)处或者所述光束输出端的开口(12)处，从而保护光学元件(20)，以防止污染物带来的伤害，其中所述透明的保护设备(40，50)在背离所述光学元件(20)的一侧具有一个平坦的平面(41，51)。
文档编号B23K26/04GK102728951SQ20121009474
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月1日 优先权日2011年4月13日
发明者贝尔特·舒曼 申请人:普雷茨特两合公司