具有用於雷射振蕩器和雷射頭的公共氣體源的雷射加工設備的製作方法
2023-10-09 05:07:04
專利名稱：具有用於雷射振蕩器和雷射頭的公共氣體源的雷射加工設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用雷射束進行焊接、切割等等的領域，更具體地，涉及具有從同一氣體源(具體地，氮氣源)供給的雷射振蕩器、光路和雷射頭的雷射加工設備。
背景技術：
如圖I和2中所示，在CO2型雷射器的操作期間，即用雷射振蕩器I產生雷射束，用光路或腔2傳輸光束並且用雷射頭3聚焦光束到一個或多個部件上，以兩種方法進行氣體供給，即 —方面，用於雷射切割的如氮氣、氧氣或其混合物或者在雷射焊接中的如氬、氦、氮氣或其混合物的所謂的「過程」氣體，通常來自「體(bulk)」類型的源或者供給，也就是說大容量的存儲庫9，或者容器類型，也就是說限定容量的氣體保持容器，典型地為氣瓶。這些「過程」氣體主要提供給聚焦頭，但是還可能提供給雷射的光路。然而，應該注意到，還可以向光路提供壓縮空氣。文獻US-A-2006/088073教導了此類型的雷射設備。另一方面，供給雷射裝置的振蕩器I並且因此其被用於產生雷射束的諸如氮氣的所謂的「激射」氣體總是來自於容器類型的供給或者源，也就是說氣瓶11，因為激射氣體必須具有很高的純度，即體積純度一般地至少為99. 999%。文獻US-A-6，215，808教導了具有多個振蕩器的此類型的雷射設備。目前，在工業級中出現的問題是，當用作過程氣體和激射氣體的氣體是相同類型時，例如氮氣，使用了相同氣體的兩個單獨的供給，如在圖I和2中所示，為了滿足確定的純度規格，即，用於激射氣體的一個必需的「容器」類型的供給，和用於處理氣體的另一「體」型的供給。然而，這導致雷射設備更複雜並且因此對使用者來說導致額外的成本和操作時間的損失。另外，其還必須提供專用氣瓶，該氣瓶的位置不能移動並且僅用於供給雷射振蕩器
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發明內容
本發明的一個方面是提供此問題的解決方法。更具體地，本發明涉及一種雷射加工設備，該設備包括雷射振蕩器，用於產生雷射束；雷射頭，由所述雷射束通過；光路，用於在所述雷射振蕩器和所述雷射頭之間傳輸所述雷射束，以及氣體源，通過主氣體管路流體連接到所述雷射頭，其特徵為，其還包括將所述氣體源流體連接到所述雷射振蕩器的二級管路。換句話說，根據本發明，諸如用於儲存氣體或液體形式的氣體的庫的大容量公共氣體源供給用於機械加工的雷射頭和用於產生雷射束的雷射振蕩器。應該強調「雷射加工」意味著焊接、切割、標記或者其它使用雷射束的工作。根據情況，本發明的設備可以具有下列特徵的一個或多個
所述氣體源是具有至少900升，優選至少3000升，更優選至少7500升的容量的儲存庫。其包括氣體膨脹(expansion)裝置，沿所述二級管路設置並能夠在來自所述氣體源的氣體被引入所述振蕩器之前減少所述氣體的所述壓力。所述氣體源是液氮儲存庫。所述氣體源通過所述主管路流體連接到所述雷射頭和所述光路。所述設備包括設置在所述氣體源和所述主管路或者所述二級管路之間的氣體蒸發器(vaporizer)。換句話說，熱交換器(又稱為蒸發器)被設置在庫出口處，並且能夠蒸發來自庫的液氮，並且因此獲得隨後在主管路和二級管路中輸送的氣態氮。 沿著二級管路和/或沿主管路設置氣體淨化裝置，其包括能夠並被設計為除去選自水蒸氣、烴和氧的至少一種雜質的過濾器或者吸收劑。這樣的器件可以滿足安全裝置的功能，使得可以確保氣體的純度總是被符合。還向所述振蕩器提供來自一個或多個氣瓶的至少CO2和氦或者CO2Afe混合物。所述雷射振蕩器是CO2類型。所述雷射振蕩器、所述光路和所述雷射頭位於建築物內部，並且所述氣體源位於所述建築物外部。本發明還涉及一種用於為雷射加工設備提供來自氣源的氣體的方法，所述雷射加工設備包括雷射振蕩器、雷射頭和用於在所述雷射振蕩器和所述雷射頭之間傳輸所述雷射束的光路，其中a)來自所述氣體源的所述氣體中的一些在將所述氣體源連接到所述雷射頭的主管路中和在將所述氣體源連接到所述振蕩器的二級管路中傳送，以及b)向所述雷射頭供給來自所述主管路的氣體，其特徵為，向所述振蕩器提供來自所述二級管路的氣體。根據情況，本發明的方法可以具有下列特徵的一個或多個來自所述主管路的氣體被引入到所述光路中。所述氣體是氮氣，優選以液態形式儲存。在所述氣體被引入到所述光路、所述振蕩器和/或所述雷射頭中或者進入光路之前調節所述氣體的所述壓力。更具體地，在所述氣體被引入到振蕩器或者光路前減小氣體的壓力。所述氣體源是具有至少900升，優選至少3000升，的容量的儲存庫。還向所述振蕩器提供來自一個或多個氣瓶的氦氣和CO2或者CO2Afe混合物。除去容易在氣體中存在的至少一些氧氣、烴和水蒸氣類型的雜質，以便確保高純度氣體被引入到振蕩器，具體地。被引入到振蕩器的氮氣具有至少99. 999%的體積純度。氮從液態形式的氣體源引出，然後蒸發。
現在通過下面參考附圖提供的實施例的描述將更清楚的理解本發明，其中圖I和2示出了根據現有技術的CO2類型的雷射設備；以及
圖3和4示出了根據本發明的雷射設備。
具體實施例方式圖I和2根據現有技術示出了使用CO2類型的雷射束工作的例如用於雷射切割或者雷射焊接的設備的示意圖。可以看出，CO2類型的雷射發生器或者振蕩器I可以產生雷射束並隨後通過光路或者腔2傳輸到雷射頭3，在雷射頭3處，其被聚焦透鏡4或者聚焦反射鏡(在雷射焊接中，反射鏡具有引導和聚焦透鏡的目的)等等聚焦到要加工的一個或多個部件6的厚度中或者表面附近。為了簡化目的，下面假設光學聚焦裝置是透鏡4。透鏡4可以具有單個焦點，即，單焦點透鏡,或者其可以是多焦點,例如雙焦點，也就是說光束聚焦到兩個不同的焦點。
透鏡4使得光路2與雷射頭3機械地並流體隔離，因為其中的主要壓力通常不相同。通過三個激射氣體的氣瓶11供給雷射振蕩器I,例如LASAL 商標的氮氣I、LASAL 商標的二氧化碳(CO2) 2和LASAL 商標的氦氣4 ；LASAL 商標的氣體由L』 AirLiquide銷售。在一些情況中，還可以用包含氮(N2)、氦和CO2或者如CO的其它成分的氣態預混物供給振蕩器。另外體」類型的氮氣儲存庫9,其出口流體連接到蒸發器(vaporizer)或熱交換器10，使得可以通過一個或多個氣體管路8向雷射頭3和光路2提供氮氣並且分別提供給專用入口 13、12。入口 13、12 —般地位於氣體供給櫃5中，如圖2中所示。如圖2所示，通常通過可以相對於其上設置要加工的一個或多個部件的加工臺I相對移動的杆14承載雷射頭3，所有的這些都被設置在保護殼15中。此類型的常規設備存在其供氣複雜的問題。本發明的目的是以圖3和4中示出的方式簡化圖I和2的設備的構造。應該指出，沒有被修改的這些設備的部件沒有必要在下面描述，關於它們的所有細節將參考附圖I和2並且參考上面給出的解釋。如在圖3中所示，根據本發明，不再使用來自激射氣瓶11的氮氣而是直接從液氮存儲器9供給CO2型的發生器或者雷射振蕩器，一般地指通常稱為CO2雷射源，該雷射源通過使用壓縮激射氣體，即，氮氣、氦氣和CO2產生雷射束,如圖I和2中所示。在每一個都包含這些氣體的氣瓶11或者包含氣體預混物的氣瓶的幫助下，如前所述執行其它激射氣體(即，CO2和氦)的供給，最後的混合物的成分依賴於使用的雷射。氣瓶11還裝備有流量和/或壓力調節器(具體地是具有集成的擴散器和壓力表的旋塞閥(tap valve))以及用於保護所述調節構件保護外殼。因此，根據本發明，液氮儲存庫9可以用所述儲存庫9的「體」氮即供給雷射頭3又供給振蕩器I以及可選地供給光路2，該「體」氮以液態形式輸出並且在蒸發器10中蒸發，之後在一方面通過線8傳輸到雷射頭3並且另一方面通過與線8連接的稱為線8的支線的附加的線18傳輸到雷射振蕩器I。可選地，一些氮氣還可以在用於恢復雷射振蕩器I的出口處的雷射束的光路2中輸送，然後將其輸送到包括雷射嘴和例如透鏡或聚焦反射鏡的聚焦裝置4的雷射頭3。因此，當雷射束在雷射頭內被聚焦後，雷射束穿過雷射頭3，之後到達將被焊接或切割的一個或多個部件6，例如，頭3供給有來自庫9的氮氣。典型地由具有諸如反射鏡和/或透鏡的光學元件的通路形成光路2。優選氣體源或者庫線路是大容量的儲存庫，也就是說具有至少900升，優選至少3000升的氮氣容量。典型地，此庫I位於建築物的外部，建築物中安裝了設備的剩餘部分，即，基本上的雷射發生器I、光路2和雷射頭3以及其上具有將加工的一個或多個部件6的支撐臺7以及保護殼15。這是因為，當大容量庫9為空的或接近空的時,通過用由罐車(tanker)就地帶來的氮氣填充庫9或者通過用另一個滿庫替代(特別地，如果庫是「遊動(ranger)」類型的移 動庫)，隨後可以容易地填充大容量庫9。假設在光路2、雷射頭3和雷射振蕩器I中的氣體的工作壓力通常不同，優選沿著主管路8和/或沿著二級管路18提供一個或多個氣體膨脹裝置20，例如氣體膨脹器。膨脹裝置20應被設計為並且能夠減小在主管路8或者二級管路18中流動的氣體在被引入到光路2、頭3或者振蕩器I中之前的壓力。典型地，通過主管路8輸送的氣體具有在15和32巴之間的相對壓力，例如具有約25巴，而在光路中，氣體處於過壓狀態，目的是防止空氣中的顆粒進入。雷射振蕩器的供給具有在I和15巴之間的相對壓力。另外，圖4類似於圖3，除了設備還包括如過濾器的淨化裝置21的事實之外，淨化裝置沿第二管路18設置，優選在膨脹器20和振蕩器I的入口之間以便能夠確保引入到振蕩器I的具有高純度的激射氣體，即，氮氣。
權利要求
1.一種雷射加工設備,包括 雷射振蕩器(I )，用於產生雷射束， 雷射頭(3)，由所述雷射束通過， 光路(2 )，用於在所述雷射振蕩器(I)和所述雷射頭(3 )之間傳輸所述雷射束，以及 氣體源(9)，通過主氣體管路(8)流體連接到所述雷射頭(3)， 其特徵為，還包括將所述氣體源(9 )流體連接到所述雷射振蕩器(I)的二級管路(18 )。
2.根據前述權利要求的設備，其特徵為，所述氣體源(9)是具有至少900升，優選至少3000升，的容量的儲存庫。
3.根據前述權利要求中的一項的設備，其特徵為，包括沿所述二級管路(18)設置的氣體膨脹裝置(20 )，所述氣體膨脹裝置(20 )能夠在來自所述氣體源(9 )的氣體被引入所述振蕩器(I)之前減少所述氣體的壓力。
4.根據前述權利要求中的一項的設備，其特徵為，所述氣體源(9)是液氮儲存庫。
5.根據權利要求3和4中的一項的設備，其特徵為，所述氣體源(9)通過所述主管路(8 )流體連接到所述雷射頭(3 )和所述光路(2 )。
6.根據權利要求3到5中的一項的設備，其特徵為，包括設置在所述氣體源(9)和所述主管(8)或者所述二級管路(18)和/或氣體淨化裝置(11)之間的氣體蒸發器(10)，所述氣體淨化裝置(11)包括能夠並被設計為除去選自水蒸氣、烴和氧的至少一種雜質的過濾器或者吸收劑。
7.根據前述權利要求中的一項的設備，其特徵為，所述振蕩器(I)還被供給有來自一個或多個氣瓶(Ii)的至少CO2和氦或者CO2Afe混合物。
8.根據前述權利要求中的一項的設備，其特徵為，所述雷射振蕩器具有CO2類型。
9.根據前述權利要求中的一項的設備，其特徵為，所述雷射振蕩器(I)、所述光路(2)和所述雷射頭(3 )位於建築物內部，並且所述氣體源(9 )位於所述建築物外部，優選所述氣瓶在所述建築物內部。
10.一種用於為雷射加工設備供給來自氣體源(9)的氣體的方法，所述雷射加工設備包括雷射振蕩器(I)、雷射頭(3)和用於在所述雷射振蕩器(I)和所述雷射頭(3)之間傳輸所述雷射束的光路(2)，其中 a)來自所述氣體源(9)的所述氣體中的一些在將所述氣體源(9)連接到所述雷射頭(3)的主管路(8)和將所述氣體源(9)連接到所述振蕩器(I)的二級管路(18)中傳送，以及 b)向所述雷射頭(3)供給來自所述主管路(8)的氣體， 其特徵為，向所述振蕩器供給來自所述二級管路(18)的氣體。
11.根據權利要求10的方法，其特徵為，來自所述主管路(8)的氣體被引入到所述光路(2)中。
12.根據權利要求11的方法，其特徵為，所述氣體是氮氣。
13.根據權利要求11或12的方法，其特徵為，在所述氣體被引入到所述光路(2)、所述振蕩器(I)和/或所述雷射頭(3)中之前調節所述氣體的所述壓力。
14.根據權利要求11到13中的一項的方法，其特徵為，所述氣體源是具有至少900升，優選至少3000升，的容量的儲存庫。
15.根據權利要求11到14中的一項的方法，其特徵為，還向所述振蕩器(I)供給來自一個或多個氣瓶(11)的氧氣和CO2 或者CO2Afe混合物。
全文摘要
本發明涉及一種雷射加工設備，包括雷射振蕩器(1)，用於產生雷射束；雷射頭(3)，由所述雷射束通過；光路(2)，用於在所述雷射振蕩器(1)和所述雷射頭(3)之間傳輸所述雷射束；以及氣體源(9)，通過主氣體管路(8)流體連接到所述雷射頭(3)。此外，二級管路(18)將所述氣體源(9)流體連接到所述雷射振蕩器(1)。所述設備因此包括用於所述雷射振蕩器(1)和頭(3)的公共氣體源。所述氣體優選為氮氣。
文檔編號H01S3/036GK102762334SQ201180009706
公開日2012年10月31日 申請日期2011年1月21日 優先權日2010年2月16日
發明者C·貝爾特茲, F·尼布, O·馬蒂勒 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司