噴嘴與電容傳感器一體結構的雷射頭的製作方法

2023-07-01 23:31:36 1

專利名稱：噴嘴與電容傳感器一體結構的雷射頭的製作方法
技術領域：
本實用新型是關於雷射切割頭噴嘴與電容傳感器一體化結構。
在雷射切割中，雷射焦點處功率密度最大，離開焦點，功率密度急劇下降，因此，保證雷射焦點落在工件表面上是十分重要的(準確地說，應落在工件內離表面1／3處深度)。由於各品種工件表面凹凸不平，彎曲變形等引起的表面隨機誤差(不平度)很大，切割過程中會導致焦點偏離工種表面之外，嚴重影響切割質量。雷射加工過程中，為解決上述問題，現有技術採用非接觸式加工，即使雷射頭與工件表面留有間隙h0，控制間隙h0恆定不變，以保證聚焦點始終落在工件上。其基本方法是雷射頭噴嘴沿工件表面切割時，用傳感元件檢測出雷射頭噴嘴與工件表面的距離h0，通過自動跟蹤控制裝置控制雷射頭跟隨工件表面形狀浮動，使焦點始終處於工件表面上。另外，在雷射切割過程中，輔助氣體的壓力、流量及方向也是影響切割質量的重要因素之一。因此，噴嘴及氣體通道也是決定輔助氣體的壓力、流量及方向的重要部件。
為了提高雷射切割質量，各國都大力開發較為先進的外接觸式Z軸漂浮系統，然而從技術上、可靠性或經濟性上最具優勢的還是用電容器位移傳感器作為檢測元件的Z軸漂浮系統。自從德國Messer－Griesheim公司開發出電容式Z浮系統之後，國外一些著名大公司相繼採用這一技術，例如Amada、Ferranti、Fiat、Trumpf、松下、東芝、涉谷等公司。但是，國外資料只是簡單介紹Z軸漂浮系統工作情況，並沒有公布具體構造、電路及實施細則。例如，日本專利JP59－54487公布了用電容傳感器或磁傳感器來檢測工件表面不平度，但僅提出原理，無具體實施細則。又如，日本專利JP64－22492公布了一種電容傳感器檢測方案。這種裝置僅考慮電容傳感器的要求，末考慮噴嘴的特殊要求，噴嘴不可調動，雖然這樣對電容傳感器引出線很方便，但對各種類型的切割受到很大局限；電容傳感器外也無屏蔽層，只適於平面形狀工件的切割；在調節輔助氣流與雷射束同軸時，必須先鬆開鎖緊螺母，才可調動對中調節螺釘，十分不便。
本實用新型的目的是，為了解決現有技術的不足，為提高雷射切割質量，設計出雷射頭噴嘴與電容傳感器一體化結構的雷射頭噴嘴，使其具有能使輔助氣體壓力、流量、方向穩定，結構緊湊、可方便更換易損件，噴嘴可上下調動，並具有一定抗幹擾能力的雷射頭。
本實用新型是以一種雷射頭噴嘴與電容傳感器一體化結構來實現其預定功能的。本實用新型由噴嘴(兼電容傳感器)、連接套(兼金屬導線)、絕緣套、屏蔽罩、密封套、防松螺母、聯接座、電容電纜插座等零件組合而成。在所說的噴嘴(1)上端連接有一個活動金屬連接套(3)，該金屬連接套(3)的上部通過螺紋聯接有一個固定金屬連接套(12)；在活動金屬連接套(3)的外面固定有一個活動絕緣套(4)，在該絕緣套(4)的外面還固定有一個固定屏蔽罩(5)和聯接有一個活動屏蔽罩(2)；在固定金屬連接套(12)的外面有一個固定絕緣套(11)，所說的固定金屬連接套(12)與固定絕緣套(11)的上部安置在聯接座(13)中，在位於聯接座(13)中的固定金屬連接套(12)和固定絕緣套(11)的周邊上設有3個或者3個以上的通氣孔(14)；在固定絕緣套(11)的外面有密封套(8)和／或防松螺母(6)，密封套(8)或防松螺母(6)的上端與聯接座(13)相接，防松螺母(6)與固定屏蔽屏(5)之間螺紋聯接；在固定金屬連接套(12)、固定絕緣套(11)和固定屏蔽罩(5)、活動絕緣套(4)之間有間隙(16)。此外，在活動金屬連接套(3)的內壁上有螺 旋型槽(17)；在聯接座(13)的周邊上有3個或3個以上的調節螺釘(10)；在聯接座(13)上有一個電容電纜插座(15)。
根據雷射切割工藝要求，雷射頭噴嘴與工件表面間隙應在0.5～3毫米範圍內可調，當切割不同厚度工件時，噴嘴上下調節範圍更大，一般可達8毫米左右。當噴嘴上下調動時，電容傳感器的引線既不能繞軸線轉動，也不能上下挪動。本實用新型用了兩個金屬連接套，一個為活動的，一個為固定的，靠螺紋連接，解決了電容傳感器的引出線問題。
在作空間曲面的雷射切割時，電容傳感器的邊緣效應是不能忽略的，它會引起電容傳感器的誤檢測，幹擾焦點的自動跟蹤。因此，本實用新型在電容傳感器(即噴嘴)的側表面裝有屏蔽層，以去掉邊緣效應，從而可大大提高電容傳感器的抗幹擾能力。
在雷射切割中，必須使輔助氣流與雷射光束從噴嘴孔中同軸射出，因此，噴嘴組件應在雷射頭固定聯接座內圓周方向可調，即雷射頭聯接座與噴嘴組件之間留有較大間隙。但若這二者之間不密封，會使輔助氣體壓力降低。本實用新型在噴嘴組件的固定絕緣套外徑圓周上用調節螺釘調節使氣流與光束同軸；還可在固定絕緣套外徑圓周上加工出一錐面，用調節螺釘調好氣流與光束同軸後，緊緊頂住固定絕緣套的錐面，利用斜面的垂直分力，使固定絕緣套緊密地壓在雷射頭聯接座上，避免輔助氣體的洩漏。
綜上所述，本實用新型具有如下優點與效果①可實現噴嘴的快速更換；②噴嘴可上下微調；③電容傳感器引出線不必運動，提高穩定性及可靠性；④傳感器外部裝有屏蔽層；⑤噴嘴組件內有螺旋導槽，使氣流穩定射出；⑥噴嘴組件對中簡便，密封可靠。
附


圖1為一種雷射頭噴嘴與電容傳感器一體化結構；附圖2為另一種雷射頭噴嘴與電容傳感器一體化結構。
以下結合附圖對本實用新型所說的技術作進一步的說明。
所說的噴嘴(1)可通過螺紋方式與活動金屬連接套(3)連接，也可通過其它方式與之相扣接。活動金屬連接套(3)與固定金屬連接套(12)之間為螺紋聯接，當鬆開防松螺母(6)之後，活動金屬連接套(3)連同噴嘴(1)等組件可在間隙(16)所允許的範圍內上下調動。噴嘴(1)、活動金屬連接套(3)、固定金屬連接套(12)相互連接，其金屬連接套為電容傳感器(即噴嘴(1))的導體，並接至電容電纜插座(15)上。活動屏蔽罩(2)、固定屏蔽罩(5)、防松螺母(6)、密封套(8)及聯接柱(13)均兩兩相接，從而共同構成屏蔽層。
附
圖1與附圖2分別描述了兩種不同結構的密封方式。
附
圖1中固定絕緣套(11)上部的截面形狀為矩型，該矩型的下沿壓在聯接座(13)的凸緣上，在聯接座(13)的凸緣下有一密封套(8)，密封套(8)內加工有一錐面，在其錐面的空間內裝有密封圈(9)，在密封套(8)的下面由一個旋在固定絕緣套(11)上的密封螺母(7)壓緊密封套(8)，使達到密封目的。在密封螺母(7)的下面還有一個旋在固定屏蔽套(5)上的防松螺母(6)以並緊活動金屬連接套(3)和固定金屬連接套(12)。活動屏蔽罩(2)旋扣接在活動絕緣套(4)上。
附圖2中固定絕緣套(11)上部的截面形狀為一斜面，由調節螺釘壓緊該斜面，使其固定絕緣套(11)能緊壓在聯接座(13)的凸緣上達到密封的目的。此時，不再使用密封套，並僅使用一個防松螺母(6)旋在固定屏蔽套(5)上。其它部分的結構原理與附
圖1相類似。但密封圈(9)可裝在固定絕緣套(11)與聯接座(13)的凸緣之間。
權利要求1.一種雷射頭切割頭噴嘴與電容傳感器一體化結構的雷射頭，其特徵在於，在噴嘴上端連接有一個活動金屬連接套，該金屬連接套的上部通過螺紋聯接有一個固定金屬連接套；在活動金屬連接套的外面固定有一個活動絕緣套，在該絕緣套的外面還固定有一個固定屏蔽罩和聯接有一個活動屏蔽罩；在固定金屬連接套的外面有一個固定絕緣套，所說的固定金屬連接套與固定絕緣套的上部安置在聯接座中，在位於聯接座中的固定金屬連接套和固定絕緣套的周邊上設有3個或者3個以上的通氣孔；在固定絕緣套的外面有密封套和/或防松螺母，防松螺母與固定屏蔽罩螺紋聯接；在固定金屬連接套、固定絕緣套和固定屏蔽罩、活動絕緣套之間有間隙；在活動金屬連接套的內壁上有螺旋型槽；在聯接座的周邊上有3個或3個以上的調節螺釘，及一個電容電纜插座。
專利摘要本實用新型為一種雷射切割頭噴嘴與電容傳感器一體化結構。在該雷射頭結構中使用了兩個金屬連接套，一個活動，一個固定，作為電容傳感器的引線，使引線在調節噴嘴上下移動時，不存在繞軸芯轉動的問題。在噴嘴側表面裝有屏蔽層，大大提高電容傳感器的抗幹擾能力。本實用新型還設計了輔助氣體通道，調節定中心及密封機構，具有噴嘴可上下微調，可快速更換，噴嘴組件內有螺旋導槽，氣流穩定射出，對中簡便，密封可靠等優點。
文檔編號B23K26/00GK2097057SQ9121699
公開日1992年2月26日 申請日期1991年6月24日 優先權日1991年6月24日
發明者劉強, 段正澄, 劉延林 申請人:華中理工大學