专利名称：大功率光纤传导激光加工头的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光加工技术领域，特别是涉及一种大功率光纤传导激光加工 头。
背景技术：
目前在机器人或其他五轴联动机床机构上安装的激光加工装置基本可以实现三 维复杂轨迹的连续加工，但是在实际应用中对于三维复杂轨迹的运行精度很难控制，工件 上所需加工处的轨迹和运动执行机构所运行的轨迹之间的重复精度，在以往的激光加工中 很难保证，造成在激光加工过程中，激光辐射到工件上的位置、角度、焦距很难精确控制，这 些因素对加工质量影响很大。在大批量激光加工中加工质量稳定性很重要，尽可能简单、有 效的监测或控制影响加工质量的各种因素是提高加工质量的有效方法。现在能用于光纤传 导激光器上的激光加工头都是采用晶体镜片透射聚焦，只能用间接冷却，晶体镜片很难承 受大功率激光，即使能实现对于使用环境和使用成本都有很大的提高。晶体镜更换镜片很 难，也无法实现一个加工头实现多种激光加工工艺。激光加工过程中加工质量的监测都是 基于晶体镜片透射传输的，针对于采用反射镜片的激光加工头在加工中进行实时监测未实 现。
实用新型内容针对上述存在的技术问题，本实用新型提供一种大功率光纤传导激光加工头，它 是使用光纤传导的激光器输出的激光进行激光加工。本实用新型采用的技术方案如下本实用新型包括腔体、第一、第二温度传感器、光纤连接口、测量装置、保护气帘、 准直镜片、聚集镜片及镜座，所述两镜片分别通过镜座安装在腔体两端，在腔体上分别设 有光纤连接口和出光窗口，第一温度传感器安装在腔体上靠近聚集镜片端，其探测端伸 入腔体内，第二传感器安装于腔体另一端的镜座上，其探测端轴线与两镜片光路轴线成 5° -10°夹角，在出光窗口处设有保护镜，测量装置安装在出光窗口处，工作时，在保护镜 和测量装置间安装有保护气帘。所述的测量装置的测量端与激光同轴并在激光的焦点处。所述的测量装置为接触 式直线位移传感器。所述的准直镜片、聚集镜片均为带有多通道螺旋式水冷结构的铜镜片，通过镜座 连接有进水管和出水管。所述的聚集镜片为抛物聚焦镜、积分镜或双焦点镜。所述的第一 传感器的测量温度范围为0-100°C ；第二传感器的测量温度范围为0-1300°C。本实用新型的有益效果本实用新型中采用的两镜片均为带有螺旋式水冷结构的铜镜片，可以把激光通过 功率提高到20kw。更换不同的聚焦镜片可以使激光作用在工件上的光斑呈现不同的形状， 从而实现不同的激光加工工艺。[0010]本实用新型两个传感器分别对腔体内外环境温度、保护镜片及工件表面上的热辐 射温度进行实时监测，可以得知工件上激光加工过程中加工处工件表面的温度的变化，从 而监测加工质量是否稳定。本实用新型可以实现光纤传导激光对连续复杂的加工轨迹进行精确测量补偿，以 及在加工过程中对镜片进行保护，对工件表面的温度进行实时监控记录，能够确保激光热 处理的质量一致，方便大批量加工。
图1为本实用新型未安装测量装置和保护气帘的结构示意图。图2为图1中保护气帘的结构示意图。图3为图1中测量装置结构示意图。图4为图1装配测量装置后结构示意图。图5为图1装配保护气帘后结构示意图。图中1.光纤连接口，2.第一传感器，3.第二传感器，4.准直镜片，5.聚集镜片， 6.腔体，7.出光窗口，8.测量装置，9.保护气帘，10.镜座。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。实施例如图1所示，本实用新型包括腔体6、第一、第二温度传感器2、3、光纤连接 口 1、测量装置8、保护气帘9、、准直镜片4、聚集镜片5及镜座10，所述两镜片分别通过镜 座10安装在腔体6两端，在腔体6上分别设有光纤连接口 1和出光窗口 7，第一温度传感器 2安装在腔体6上靠近聚集镜片5端，其探测端伸入腔体6内，第二传感器3安装于腔体6 另一端的镜座10上，其探测端轴线与两镜片光路轴线成5° -10°夹角，在出光窗口 7处设 有保护镜，测量装置8安装在出光窗口 7处，其测量端与激光同轴并在激光的焦点处；工作 时，在保护镜和测量装置8间安装有保护气帘9，如图2所示，为外购件；测量装置结构如图 3所示，采用的是接触式直线位移传感器。本例所述的镜座10是用来将两镜片固定在腔体6上，镜座10上开有与两镜片进 出水管相配合的孔，经过镜座10的转接将冷却水引入、引出镜片。所述的两镜片均为带有 多通道螺旋式水冷结构的铜镜片，通过镜座10连接有进、出水管。可以把激光通过功率提 高到20kw，更换不同的聚焦镜片5可以使激光作用在工件上的光斑呈现不同的形状，从而 实现不同的激光加工工艺。本例所述的聚集镜片5为抛物聚焦镜、积分镜或双焦点镜。本例中采用两个高温传感器进行腔体6内外环境和加工辐射的实时监测。所述的 第一传感器2测量温度范围为0-100°C，对腔体6内外环境温度进行实时监测，如果温度过 高立刻报警，并对出光窗口 7的保护镜片温度进行监测。第二传感器3的测量温度范围为 0-1300°C，用来监测激光加工时从工件表面上的热辐射。对加工热辐射的监测可以得知工 件上激光加工过程中加工处工件表面的温度的变化，如果所监测到的温度是稳定的，那可 以证明加工质量也就是稳定的；如果所监测到的温度不稳定，那就证明热处理质量发生了 异常波动。所述的光纤连接口可以根据不同的需要配置，如LLK-Auto、Trumpf LLK - B等 光纤连接口。腔体6是用来固定各个装置的；激光从出光窗口 7出来作用到工件上，此处装 配的保护镜片，使污染物不能进入腔体6。测量装置8的测量精度可达到0. 05mm。保护气帘9固定在出光窗口 7处，在激光热处理过程中对出光窗口 7的保护镜进行保护。通过准 直镜片4和聚焦镜片5、保护气帘9、第一、第二温度传感器2、3及轨迹测量补偿装置，实现 光纤传导激光对连续复杂的加工轨迹进行精确测量补偿，以及在加工过程中对镜片进行保 护，对工件表面的温度进行实时监控记录，能够确保激光热处理的质量一致，方便大批量加工。本实用新型的工作过程本实用新型固定在机器人或其他五轴联动机床上使用。通过运动机构上的软件程 序得到所需要的激光加工轨迹，特别是需要连续加工的三维轨迹。得到加工轨迹后，在本实 用新型的腔体出光窗口处7先装上测量装置8，把已知轨迹模拟运行一遍，并在模拟运行过 程中对本实用新型到工件表面的距离精确的测量并补偿，对激光入射到工件的角度进行优 化，判断轨迹有无干涉。在这个过程中测量装置8的测量端接触到工件上的位置即为激光 焦点作用在工件上的位置，激光加工时激光焦距的变化的加工质量的影响非常大，要得到 稳定的质量，就需要保持在加工过程中激光焦距的一致性，通过测量后所得的程序轨迹和 加工件上的实际需要加工处的轨迹的重复精度得也到了提高。在做激光加工前将测量装置 8拆卸下来，装配上保护气帘9。在加工过程中，保护气帘9和出光窗口 7的保护镜实现了对 本实用新型的双重保护。两个高温传感器对激光加工过程中的质量一致性进行实时监控， 可以通过电脑记录下来。如有温度波动较大之处，在程序执行完后，可以局部进行复检，有 些激光加工的质量问题是能够补救的。从而使激光加工的质量得到实时监测，在大批量加 工过程中能保证了质量的一致性。本实用新型在使用过程中可以更换不同的焦距镜片，有抛物聚焦镜、积分镜、双焦 点镜等铜镜片，可以实现激光焊接、切割、熔覆、淬火。本实用新型主要针对那些局部或整体需要激光加工的工件，工件上又呈现三维加 工轨迹，比如激光模具淬火及修复、激光焊接白车身等等开发的激光加工头。本实用新型用 较为经济实用的方法提高激光加工的质量，同时也提高了效率。
权利要求1.一种大功率光纤传导激光加工头，其特征在于包括腔体、第一、第二温度传感器、 光纤连接口、测量装置、保护气帘、准直镜片、聚集镜片及镜座，所述两镜片分别通过镜座安 装在腔体两端，在腔体上分别设有光纤连接口和出光窗口，第一温度传感器安装在腔体上 靠近聚集镜片端，其探测端伸入腔体内，第二传感器安装于腔体另一端的镜座上，其探测端 轴线与两镜片光路轴线成5° -10°夹角，在出光窗口处设有保护镜，测量装置安装在出光 窗口处，工作时，在保护镜和测量装置间安装有保护气帘。
2.根据权利要求1所述的大功率光纤传导激光加工头，其特征在于所述的测量装置 的测量端与激光同轴并在激光的焦点处。
3.根据权利要求1或2所述的大功率光纤传导激光加工头，其特征在于所述的测量 装置为接触式直线位移传感器。
4.根据权利要求1所述的大功率光纤传导激光加工头，其特征在于所述的准直镜片、 聚集镜片均为带有多通道螺旋式水冷结构的铜镜片，通过镜座连接有进水管和出水管。
5.根据权利要求1或4所述的大功率光纤传导激光加工头，其特征在于所述的聚集 镜片为抛物聚焦镜、积分镜或双焦点镜。
6.根据权利要求1所述的大功率光纤传导激光加工头，其特征在于所述的第一传感 器的测量温度范围为0-100°C ；第二传感器的测量温度范围为0-1300°C。
专利摘要一种大功率光纤传导激光加工头，属于激光焊接技术领域。包括腔体、第一、第二温度传感器、光纤连接口、测量装置、保护气帘、准直镜片、聚集镜片及镜座，所述两镜片分别通过镜座安装在腔体两端，在腔体上分别设有光纤连接口和出光窗口，第一温度传感器安装在腔体上靠近聚集镜片端，其探测端伸入腔体内，第二传感器安装于腔体另一端的镜座上，其探测端轴线与两镜片光路轴线成5°-10°夹角，在出光窗口处设有保护镜，测量装置安装在出光窗口处，工作时，在保护镜和测量装置间安装有保护气帘。本实用新型实现光纤传导激光对连续复杂的加工轨迹进行精确测量补偿，对工件表面温度进行实时监控记录，能够确保激光热处理的质量一致，方便大批量加工。
文档编号H01S3/00GK201848647SQ20102060416
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者张翼飞, 徐国建, 石磊, 邢飞, 陈昭 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司