[发明专利]包括具有用于控制光束直径和/或焦点位置的可移动透镜的可控准直器的激光切割头

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年6月19日提交的美国临时专利申请No.62/182,217的权益，该美国临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及激光切割，更具体地涉及包括具有用于控制光束直径和/或焦点位置的可移动透镜的可控准直器的激光切割头。

背景技术

诸如光纤激光器等激光器经常用于诸如切割等材料加工应用。传统的激光切割头包括：准直器，其用于将激光准直；以及聚焦透镜，其用于将激光聚焦到待切割的工件。一些切割应用需要相对于工件不同的光斑尺寸和/或不同的焦点。现有的切割头不允许为这些切割应用快速调节光斑尺寸和焦点。

发明内容

根据一个实施例，一种激光切割头包括：可控准直器，其构造成联接到光纤激光器的输出光纤；以及聚焦透镜，其构造成将激光束相对于工件聚焦。所述可控准直器包括：至少第一可移动准直透镜和第二可移动准直透镜；以及透镜移动机构，其联接到所述透镜，使得所述透镜中的每一个透镜能够独立地移动。

根据另一个实施例，一种可控准直器模块包括：输入端，其构造成联接到光纤，所述光纤联接到光纤激光器；输出端，其构造成联接到聚焦透镜组件；至少第一可移动准直透镜和第二可移动准直透镜；以及气动透镜移动机构，其联接到所述透镜，使得所述透镜中的每一个透镜能够独立地移动。

根据另一个实施例，一种激光切割系统包括：光纤激光器，其包括输出光纤；以及激光切割头，其联接到所述光纤激光器的输出光纤。所述激光切割头包括可控准直器以及构造成将激光束相对于工件聚焦的聚焦透镜。所述可控准直器包括：至少第一可移动准直透镜和第二可移动准直透镜；以及透镜移动机构，其联接到所述透镜，使得所述透镜中的每一个透镜能够独立地移动。所述激光切割系统还包括控制系统，用以控制至少所述光纤激光器以及所述准直透镜的位置。

根据另一个实施例，一种激光切割方法包括：提供激光切割头，所述激光切割头包括至少第一可移动准直透镜和第二可移动准直透镜、用于移动所述准直透镜的透镜移动机构、以及聚焦透镜；从光纤激光器产生原始激光束；使所述原始激光束通过所述第一可移动准直透镜和第二可移动准直透镜，由此将所述原始激光束准直；使激光束通过所述聚焦透镜，由此将所述激光束朝所述工件聚焦；以及利用所述透镜移动机构移动所述准直透镜，以改变光斑尺寸和焦点位置中的至少一者。

附图说明

通过结合附图阅读下面的详细描述，将会更好地理解这些和其它特征及优点，其中：

图1是根据本发明的实施例的系统的示意性框图，该系统包括激光切割头，激光切割头具有准直器，准直器具有可移动透镜。

图2和图3是根据本发明的用在激光切割头中的可控准直器模块的实施例的透视图。

图4是沿着图3中的线4-4截取的可控准直器模块的剖视图。

图5和图6是图2和图3所示的可控准直器模块内部的前侧视图和后侧视图。

图7是图5和6所示的可控准直器模块中的透镜和气动透镜移动机构的剖视透视图。

具体实施方式

根据本发明的实施例的激光切割头包括可控准直器，该可控准直器具有可移动准直透镜，用以控制光束直径和/或焦点位置。激光切割头可以用在激光切割系统中，该激光切割系统具有控制系统，用以控制可移动准直透镜的位置。例如，可以移动透镜以调节光斑尺寸，以便切割不同类型的材料或材料厚度。在改变激光切割头相对于工件的距离之后，也可以移动透镜以调节焦点回到工件。

参考图1，激光切割系统100包括激光切割头110，该激光切割头联接到光纤激光器112的输出光纤111。激光切割头110可以用于在工件102上执行切割和其它激光加工或处理操作。激光切割头110和/或工件102可以沿着切割方向106相对于彼此移动。激光切割头110可以位于移动台114上，以便沿着至少一个轴线(例如沿着切口106的长度)相对于工件102移动切割头110。附加地或替代地，工件102可以位于移动台108上，以便相对于激光切割头110移动工件102。

光纤激光器112可以包括镱光纤激光器，镱光纤激光器能够产生处于近红外光谱范围(例如1060至1080nm)内的激光。镱光纤激光器可以是单模式或多模式连续波镱光纤激光器；在一些实施例中，这种激光器能够产生功率高达1kW的激光束；在其它实施例中，这种激光器能够产生功率更高达20kW的激光束。光纤激光器112的实例包括能够从IPG光子公司购得的YLR SM系列或YLR HP系列激光器。