CN111906437B - 用于对激光头进行快速拆装的连接装置、激光头及激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对激光头进行快速拆装的连接装置、激光头及激光加工设备，其包括:第一连接单元，其连接激光头的准直单元；以及第二连接单元，其连接激光头的聚焦单元，通过所述第一连接单元和第二连接单元的可拆卸连接实现激光头的拆装。本发明可以对激光头后端模块进行快速切换，以满足不同激光加工工艺的功能，节省成本，且可在大幅提高工作效率的同时保证加工质量。

Description

用于对激光头进行快速拆装的连接装置、激光头及激光加工 设备

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体为一种用于对激光头进行快速拆装的连接装置、激光头及激光加工设备。

背景技术

激光加工应用于工业，以其精度高、速度快、位置准、影响区小而备受青睐，配合自动化、数字化、智能化制造，能极大的提高生产制造效率。但普通的激光加工设备只能一机专用，如一套设备只能完成切割、焊接、熔敷、填丝焊或者复合焊一种工艺，如需要进行不同的加工工艺，则需要对激光头、光纤以及配套的水路、气路、电路等多种硬件进行切换，整个切换过程费时费力，且极易出现故障，一旦出现故障则需要反复进行调试，极大影响工作效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于对激光头进行快速拆装的连接装置、激光头及激光加工设备，其可以对激光头后端模块进行快速切换，以满足不同激光加工工艺的功能，节省成本，且可在大幅提高工作效率的同时保证加工质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

提供了一种用于对激光头进行快速拆装的连接装置，其包括:第一连接单元，其连接激光头的准直单元；以及第二连接单元，其连接激光头的聚焦单元，通过所述第一连接单元和第二连接单元的可拆卸连接实现激光头的拆装。

优选的，所述第一连接单元包括：第一连接主体，其环向开设有第一连接孔；所述第二连接单元包括：第二连接主体，其环向开设有第二连接孔；紧固件通过第一连接孔、第二连接孔对第一连接主体、第二连接主体进行可拆卸的连接。

优选的，所述第一连接单元还包括：环向开设在第一连接主体上的第一水路连接孔、第一气路通道；所述第二连接单元还包括：环向开设在第二连接主体上的第二水路连接孔、第二气路通道；所述第一连接单元、第二连接单元可拆卸连接后，所述第一水路连接孔、第二水路连接孔相互连通；以及所述第一气路通道、第二气路通道相互连通。

优选的，所述第一连接孔、第一水路连接孔、第一气路通道、第二连接孔、第二水路连接孔、第二气路通道均可以有多个。

优选的，述第一连接主体环向还开设有用于安装第一位置检测装置的第一检测孔；和/或，所述第二连接主体环向还开设有用于安装第二位置检测装置的第二检测孔；当连接所述第一连接件和第二连接件时，通过第一位置检测装置和/或第二位置检测装置检测第一连接件和第二连接件的距离，且两者距离满足预设条件时产生反馈信号，以提醒操作人员第一连接件和第二连接件连接到位。

优选的，所述第一连接主体朝向第二连接主体的一面上环向开设有用于安装第一密封件的第一环槽；和/或，所述第二连接主体朝向第一连接主体的一面上环向开设有用于安装第二密封件的第二环槽。

还提供一种激光头，其包括：准直单元、聚焦单元、喷嘴单元以及上述用于对激光头进行快速拆装的连接装置；

所述准直单元包括：准直镜筒；传输部，其一端连接所述准直镜筒，另一端连接所述连接装置的第一连接单元，且所述准直镜筒的中心轴线与所述传输部的中心轴线近乎垂直；准直镜片以及第一反射镜片，两者均设置于所述准直镜筒内部；

所述聚焦单元包括：聚焦镜筒，其一端连接所述连接装置的第二连接单元，另一端连接所述喷嘴单元；第二反射镜片以及保护镜片，两者均设置于所述聚焦镜筒内部；

传输部与聚焦镜筒通过第一连接单元和第二连接单元可拆卸连接。

优选的，所述激光头还包括：转动连接件，其连接所述准直镜筒侧部外壁面，且与所述传输部同轴连接，所述传输部可围绕所述转动连接件的中心轴线转动。

优选的，所述激光头还包括：

除尘单元，其设置于所述聚焦镜筒内部，且位于保护镜片下方，用于通过通入压缩气体形成正压环境；

和/或，机器人，其连接所述准直单元，以带动所述激光头整体运动；

和/或，焦点测量单元，其与第二反射镜同轴设置，用于获取光斑距离和/或光斑直径大小，同时将光斑距离和/或光斑直径大小进行显示，以方便现场调试；

和/或，防尘盖板，其用于对分离后的第一连接单元和/或第二连接单元的开放端口进行封闭。

还提供一种包括上述激光头的种激光加工设备。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明可通过第一连接单元、第二连接单元实现激光头的快速拆装，并且可根据需要通过水路连接孔、气路通道实现水、气信号的快速切换，进一步通过改变光纤芯径、准直镜片焦距、第二反射镜焦距等参数可形成不同直径的光斑，以更好的满足切割、焊接、钎焊、熔敷等不同激光加工工艺的需求，节省成本的同时可大幅提高工作效率，保证加工质量。

附图说明

图1为本发明用于对激光头进行快速拆装的连接装置的整体示意图；

图2为本发明通过连接装置连接准直单元、聚焦单元的整体示意图；

图3a为本发明第一连接单元的纵剖图；

图3b为本发明第二连接单元的纵剖图；

图3c为本发明激光的出射角度相对于射入准直单元时的射入角度发生偏转时的激光头的正视图；

图4为本发明用于对激光头进行快速拆装的连接装置的纵剖图；

图5a为本发明激光头的整体示意图；

图5b为本发明单独的聚焦镜筒与其他部件连接的状态示意图；

图6为本发明光纤的横截面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例提供了一种用于对激光头进行快速拆装的连接装置，如图1-2所示，其包括:第一连接单元1，其连接激光头的准直单元100；以及第二连接单元2，其连接激光头的聚焦单元200，通过所述第一连接单元1和第二连接单元2的可拆卸连接实现激光头的快速拆装，以满足不同激光加工工艺的需求，如可将不同的聚焦单元200以及与之连接的喷嘴单元300通过第二连接单元2连接第一连接单元1，再通过第一连接单元1与准直单元100构成激光头，以此即可进行切割、焊接、熔敷等加工需求。

具体的，如图3a-3b，4所示，所述第一连接单元1包括：第一连接主体11，其环向开设有第一连接孔111、第一水路连接孔112、第一气路通道113；

相应的，所述第二连接单元2包括：第二连接主体21，其环向开设有第二连接孔211、第二水路连接孔212、第二气路通道213；

本实施例中，所述第一连接孔111、第二连接孔211可以为销孔，且重复安装精度在0.01mm内，紧固件(如销钉等)通过第一连接孔111、第二连接孔211对第一连接主体11、第二连接主体21进行可拆卸的连接，进而实现第一连接单元1、第二连接单元2的可拆卸连接，同时，所述第一连接单元1、第二连接单元2可拆卸连接后，所述第一水路连接孔112、第二水路连接孔212相互连通，以后续连通冷却水通道，为发热组件提供冷却水；以及所述第一气路通道113、第二气路通道213相互连通，以后续连通气体(包括压缩气体)通道，为吹气组件等提供保护气体等。

由此，本实施例的连接装置可通过销钉等装置实现第一连接单元1、第二连接单元2的可拆卸连接，进而可实现准直单元100或者聚焦单元200以及与之连接的喷嘴单元300的快速拆装和更换，并且可根据需要通过水路连接孔、气路通道实现水、气信号的快速切换；

同时，本实施例中，所述第一连接孔111、第一水路连接孔112、第一气路通道113、第二连接孔211、第二水路连接孔212、第二气路通道213均可以有多个，由此，如图3c所示，当需要调整激光L经聚焦单元200射出后的角度时，可将不同位置的第一连接孔111和第二连接孔211进行连接，由此使得聚焦单元200相对准直单元100偏转，进一步使得激光L的出射角度相对于射入准直单元100时的射入角度发生偏转，以更好的满足切割、焊接、钎焊、熔敷等不同激光加工工艺的需求，可大幅提高工作效率。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处仅在于，如图3a-3b所示，所述第一连接主体11环向还开设有用于安装第一位置检测装置的第一检测孔114；和/或，所述第二连接主体21环向还开设有用于安装第二位置检测装置的第二检测孔214；当连接所述第一连接件1和第二连接件2时，通过第一位置检测装置和/或第二位置检测装置检测第一连接件1和第二连接件2的距离，且两者距离满足预设条件时产生反馈信号，以提醒操作人员第一连接件1和第二连接件2连接到位，由此可便于操作人员快速掌握两者的安装情况，便于提高效率。本实施例中，所述第一位置检测装置和/或第二位置检测装置为红外传感器等光电传感装置。

同时，如图4所示，所述第一连接主体11朝向第二连接主体21的一面上环向开设有用于安装第一密封件的第一环槽115；和/或，所述第二连接主体21朝向第一连接主体11的一面上环向开设有用于安装第二密封件的第二环槽215，所述第一密封件和/或第二密封件由橡胶等材质制成，由此，当第一连接件1和第二连接件2连接时，通过第一密封件和/或第二密封件对两者之间的缝隙进行封闭，防止灰尘或异物进入水路连接孔、气路通道。

实施例3：

本实施例提供了一种激光头，如图5a所示，所述激光头包括：光纤3、光纤耦合器4、准直单元100、聚焦单元200、喷嘴单元300以及实施例1或2中所述的用于对激光头进行快速拆装的连接装置。

其中，所述准直单元100包括：准直镜筒5，其连接所述光纤耦合器4；传输部14，其一端连接所述准直镜筒5，另一端连接所述连接装置的第一连接单元1，且所述准直镜筒5的中心轴线与所述传输部14的中心轴线近乎垂直；准直镜片6以及第一反射镜片7，两者均设置于所述准直镜筒5内部；

所述聚焦单元200包括：聚焦镜筒8，其一端连接所述连接装置的第二连接单元2，另一端连接所述喷嘴单元300；第二反射镜片9以及保护镜片10，两者均设置于所述聚焦镜筒8内部；

传输部14与聚焦镜筒8通过第一连接单元1和第二连接单元2可拆卸连接，由此可通过该第一连接单元1和第二连接单元2的第一连接孔111、第二连接孔211进行快速连接，且通过第一水路连接孔112、第一气路通道113、第二水路连接孔212、第二气路通道213的对应配合实现水路、气路的快速连通。

光纤3连接光纤耦合器4，激光L通过光纤3，并经过光纤耦合器4扩束进入到准直镜筒5内部，再通过准直镜片6将光调平行，然后经第一反射镜片7反射后以准直角出射，以进入传输部14、聚焦镜筒8，经第二反射镜片9反射后，通过保护镜片10聚焦，最后通过喷嘴单元300射出，以形成激光光斑P。

通过改变光纤芯径、准直镜片6焦距、第二反射镜9焦距等参数可形成不同直径的光斑P，进一步满足不同激光加工工艺的需求，如光纤芯径为100μm、准直镜片6焦距为100mm、第二反射镜9焦距为100mm时形成的光斑P直径为100/100*100μm＝100μm，即0.1mm，适合激光切割，仅将第二反射镜9焦距改为250mm时，光斑P直径变为0.25mm，可用于一般激光焊接；

再如光纤芯径为为200μm、准直镜片6焦距为150mm、第二反射镜9焦距为300mm时形成的光斑P直径为300/150*200um＝400μm，即0.4mm，适合激光焊接，仅将第二反射镜9焦距改为600mm时，光斑P直径变为0.8mm，可用于一般激光填丝焊；

再如光纤芯径为为1000um、准直镜片6焦距为150mm、第二反射镜9焦距为300mm时形成的光斑P直径为300/150*1000um＝2000μm，即2.0mm，适合激光钎焊，仅将第二反射镜9焦距改为600mm时，光斑P直径变为4.0mm，可用于一般激光熔敷。

同时，如图5b所示，由于传输部14与聚焦镜筒8之间通过第一连接件1、第二连接件2可拆卸的连接，因此，还可将聚焦单元200的聚焦镜筒8和与之连接的第二连接单元2单独拆下，再将其与已连接有第一连接单元1的其他部件12(如固定仿形结构)通过第一连接单元1、第二连接单元2进行可拆卸的连接，以满足不同激光加工工艺所需。

由此，本实施例中的第一连接件1、第二连接件2可制成标准件，只需要通过可拆卸的第一连接单元1、第二连接单元2即可更换不同参数设置(如第二反射镜9焦距)的聚焦单元200以及与之连接的喷嘴单元300，或者更换不同参数设置(如准直镜片6焦距)的准直单元100，以实现不同激光头的快速拆装和更换，由此满足切割、焊接、钎焊、熔敷等不同激光加工工艺的需求，可大幅提高工作效率。

实施例4：

本实施例与实施例3的不同之处仅在于，如图5a所示，本实施例中的激光头还包括：转动连接件13，其连接所述准直镜筒5侧部外壁面，且与所述传输部14同轴连接，所述传输部14可围绕所述转动连接件13的中心轴线转动，以此调整与传输部14连接的聚焦单元200以及喷嘴单元300的偏转位置，以更好的满足实际加工所需。

实施例5：

本实施例与实施例4的不同之处仅在于，本实施例中的光纤3为多包层光纤，且经过不同包层的激光可以同时射出或者非同时射出，以此通过不同包层的配合，能够对激光能量实现更加精细的控制，从而更好的控制激光加工质量。

具体的，如图6所示，本实施例中的光纤3包括由内向外依次呈同心圆设置的第一光纤层101、第二光纤层102、第三光纤层103以及第四光纤层104；

若第一光纤层101芯径为100μm、第二光纤层102芯径为200μm、第三光纤层103芯径为300μm、第四光纤层104芯径为400μm、准直镜片6焦距为100μm、第二反射镜9焦距为100μm，只第一光纤层101出光时，光斑P直径大小为100/100*100μm＝100μm，即0.1mm，可用于激光切割；若第一光纤层101、第三光纤层103同时出光，则出现两个光斑，内层光斑直径为100μm，外层光斑直径为100/100*300μm＝300μm，即0.3mm，可用于激光焊接，且两层光斑可增大金属熔化的熔池，减少焊接飞溅等缺陷；

若将第二反射镜9焦距改为600mm，其他参数不变，只第一光纤层101出光时，光斑P直径大小为600/100*100μm＝600μm，即0.6mm，可用于激光焊接，只第四光纤层104出光时，光斑P直径为600/100*400μm＝2400μm，即2.4mm，可用于激光钎焊。

实施例6：

本实施例与实施例3或4或5的不同之处仅在于，所述激光头还包括：

除尘单元，其设置于所述聚焦单元200的聚焦镜筒8的内部，且位于保护镜片10下方，用于通过通入压缩气体形成正压环境，去除激光加工过程中产生的灰尘/焊渣，以对保护镜片10实现更好的保护，减小外部加工烟尘的影响，提高使用寿命；

和/或，机器人，其连接所述准直单元100，以带动所述激光头整体完成三维五轴联动等运动，以满足复杂结构的加工；

和/或，焦点测量单元(如CCD相机等)，其与第二反射镜9同轴设置，用于获取光斑距离和/或光斑直径大小，同时将光斑距离和/或光斑直径大小进行显示，以方便现场调试；

和/或，防尘盖板，其用于对分离后的第一连接单元1和/或第二连接单元2的开放端口进行封闭，以防止灰尘、异物进入。

实施例7：

本实施例提供了一种激光加工设备，其包括：实施例3-5任一项所述的激光头。

综上所述，本发明中可通过第一连接单元、第二连接单元实现激光头的快速拆装，并且可根据需要通过水路连接孔、气路通道实现水、气信号的快速切换，进一步通过改变光纤芯径、准直镜片焦距、第二反射镜焦距等参数可形成不同直径的光斑，以更好的满足切割、焊接、钎焊、熔敷等不同激光加工工艺的需求，可大幅提高工作效率。

需要说明的是，上述实施例1至7中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。且在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种用于对激光头进行快速拆装的连接装置，其特征在于，包括:第一连接单元，其连接激光头的准直单元；以及第二连接单元，其连接激光头的聚焦单元，通过所述第一连接单元和第二连接单元的可拆卸连接实现激光头的拆装；

所述第一连接单元包括：第一连接主体，其环向开设有第一连接孔；所述第二连接单元包括：第二连接主体，其环向开设有第二连接孔；紧固件通过第一连接孔、第二连接孔对第一连接主体、第二连接主体进行可拆卸的连接；

以及所述第一连接单元还包括：环向开设在第一连接主体上的第一水路连接孔、第一气路通道；所述第二连接单元还包括：环向开设在第二连接主体上的第二水路连接孔、第二气路通道；所述第一连接单元、第二连接单元可拆卸连接后，所述第一水路连接孔、第二水路连接孔相互连通；以及所述第一气路通道、第二气路通道相互连通；

所述第一连接孔、第一水路连接孔、第一气路通道、第二连接孔、第二水路连接孔、第二气路通道均有多个；

所述第一连接主体环向还开设有用于安装第一位置检测装置的第一检测孔；和/或，所述第二连接主体环向还开设有用于安装第二位置检测装置的第二检测孔；当连接所述第一连接主体和第二连接主体时，通过第一位置检测装置和/或第二位置检测装置检测第一连接主体和第二连接主体的距离，且两者距离满足预设条件时产生反馈信号，以提醒操作人员第一连接主体和第二连接主体连接到位。

2.如权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述第一连接主体朝向第二连接主体的一面上环向开设有用于安装第一密封件的第一环槽；和/或，所述第二连接主体朝向第一连接主体的一面上环向开设有用于安装第二密封件的第二环槽。

3.一种激光头，其特征在于，包括：准直单元、聚焦单元、喷嘴单元以及权利要求1-2任一项所述的用于对激光头进行快速拆装的连接装置；

所述准直单元包括：准直镜筒；传输部，其一端连接所述准直镜筒，另一端连接所述连接装置的第一连接单元，且所述准直镜筒的中心轴线与所述传输部的中心轴线近乎垂直；准直镜片以及第一反射镜片，两者均设置于所述准直镜筒内部；

所述聚焦单元包括：聚焦镜筒，其一端连接所述连接装置的第二连接单元，另一端连接所述喷嘴单元；第二反射镜片以及保护镜片，两者均设置于所述聚焦镜筒内部；

传输部与聚焦镜筒通过第一连接单元和第二连接单元可拆卸连接。

4.如权利要求3所述的激光头，其特征在于，所述激光头还包括：转动连接件，其连接所述准直镜筒侧部外壁面，且与所述传输部同轴连接，所述传输部可围绕所述转动连接件的中心轴线转动。

5.如权利要求3所述的激光头，其特征在于，所述激光头还包括：

除尘单元，其设置于所述聚焦镜筒内部，且位于保护镜片下方，用于通过通入压缩气体形成正压环境；

和/或，机器人，其连接所述准直单元，以带动所述激光头整体运动；

和/或，焦点测量单元，其与第二反射镜同轴设置，用于获取光斑距离和/或光斑直径大小，同时将光斑距离和/或光斑直径大小进行显示，以方便现场调试；

和/或，防尘盖板，其用于对分离后的第一连接单元和/或第二连接单元的开放端口进行封闭。

6.一种包括权利要求3-5任一项所述激光头的激光加工设备。

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