一种镜筒及激光切割头

技术领域

本发明涉及激光切割设备技术领域，尤其涉及一种镜筒及激光切割头。

背景技术

随着科学技术的发展，激光切割因被切割材料受热变形小、无接触加工以及加工灵活等特点而广泛的应用于金属切割作业中。

由于激光的光能转换成的热能能够保持在极小的区域内，激光束聚焦成形后能够在很小的作用点具有极强能量，因而当激光束照射在金属材料上时，激光束输入的热量远远超过被金属材料反射、传导或扩散的部分，金属材料很快被加热至汽化程度，蒸发形成孔洞，随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成切口，从而实现金属的切割。

在金属的激光切割过程中，需要添加与被切割的材料相适合的辅助汽体，辅助汽体不仅能作为被切割的材料产生放热化学反应氧化材料，同时还能够帮助吹走切口内的熔渣。

在现有技术中，通过调整准直镜片和聚焦镜片之间的距离，来调整激光切割头的激光束的焦距，并且由于大部分的激光切割作业环境较为恶劣，激光切割头处于灰尘较大的环境中，在切割过程中还会产生烟尘，如果灰尘和烟尘中的颗粒进入到激光切割头，并附着在准直镜片或聚焦镜片上，激光罩设在这些颗粒上，使颗粒会产生大量的热量，如果这些高温的颗粒长时间附着在镜片上，会烧毁价格较高的准直镜片或聚焦镜片，使得生产效率低并且生产成本高。

因此，亟需提供一种镜筒，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镜筒及激光切割头，以解决因灰尘和烟尘中的颗粒进入激光切割头并损坏价格较高的准直镜片或聚焦镜片而造成的生产效率低并且生产成本高的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种镜筒，该镜筒包括筒体、一对窗口镜片、准直镜片、聚焦镜片及驱动组件，筒体设有贯穿所述筒体的通道，一对所述窗口镜片分别设置于所述通道的两端，一对所述窗口镜片与所述通道的内壁之间设置有密封所述通道的密封部，所述准直镜片和所述聚焦镜片依次设置于所述通道中，所述驱动组件的移动端能够沿所述通道的延伸方向移动，所述筒体连接于所述驱动组件的移动端。

作为优选，所述镜筒还包括：

一对均能够露出所述通道的端盖，一对所述端盖分别将一对所述窗口镜片限定在所述通道的两个端口处；及

一对波形弹簧，一对所述波形弹簧分别被一对所述端盖压紧在一对所述窗口镜片上。

作为优选，所述筒体位于所述准直镜片和所述聚焦镜片之间的部分设置有水冷通道。

本发明另一方面还提供一种激光切割头，该激光切割头包括依次设置的光纤组件、镜头组件及喷头组件，所述镜头组件包括如上所述的镜筒。

作为优选，所述镜头组件还包括机架，所述机架设有分别连通所述光纤组件和所述喷头组件的第一端口和第二端口、连通所述第一端口和所述第二端口的第一通路，以及使所述第一通路分别与所述光纤组件和所述喷头组件密封的第一密封部和第二密封部，所述镜筒设置于所述第一通路中。

作为优选，所述第一密封部包括：

第一保护镜模组，覆盖于所述第一端口上，以使光路由所述光纤组件连通至所述第一通路，所述第一保护镜模组的顶部和底部均设置有第一环形槽；

一对第一密封圈，分别设置于一对所述第一环形槽中；及

能够露出所述第一通路的第一连接板，所述第一连接板的两端分别连接于所述机架和所述光纤组件，所述第一连接板将所述第一保护镜模组抵压于所述机架上，以使一对所述第一密封圈均被所述第一连接板挤压限定于一对所述第一环形槽内。

作为优选，所述第一连接板与所述机架之间还设有第一调节模组和第二调节模组，所述第一调节模组固定在机架的顶部，所述第二调节模组连接于所述第一调节模组的移动端，所述第一连接板连接于所述第二调节模组的移动端，所述第一调节模组的移动端能够沿第一水平方向移动，所述第二调节模组的移动端能够沿垂直于所述第一水平方向的第二水平方向移动。

作为优选，所述第二密封部包括：第二保护镜模组，覆盖于所述第二端口上，以使光路由所述第一通路连通至所述喷头组件，所述第二保护镜模组的顶部和底部均设置有第二环形槽；

一对第二密封圈，分别设置于一对所述第二环形槽中；

能够露出所述第一通路的第二连接板，所述第二连接板的两端分别连接于所述机架和所述喷头组件，所述第二连接板将所述第二保护镜模组抵压于所述机架上，以使一对所述第二密封圈均被所述第二连接板挤压限定于一对所述第二环形槽内。

作为优选，所述镜头组件还包括灰尘检测装置，所述灰尘检测装置设置于与所述第一通路的内壁相对的所述筒体的外侧面上。

作为优选，位于各个镜片附近的所述第一通路的内壁上设置有安装槽，各个所述安装槽内均设置有温度传感器，所述温度传感器能够检测位于对应位置处的所述镜片的温度。

本发明的有益效果：本发明通过筒体、一对窗口镜片、一对窗口镜片与通道的内壁之间的密封部，将准直镜片和聚焦镜片密封于通道中，并通过驱动组件的移动端驱动筒体沿通道的延伸方向移动，从而在能够调节通过镜筒的激光束的焦点的同时，保证了镜筒与外界环境的密封性能，从而提高了准直镜片和聚焦镜片的使用寿命，减少了准直镜片和聚焦镜片的维修更换次数，进而提高了生产效率，降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的激光切割头的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2中A-A的截面视图；

图4是图2中B-B的截面视图；

图5是图1中的镜头组件的爆炸图；

图6是图3中R处的局部视图；

图7是图4中S处的局部视图；

图8是图5中移除了框体和盖板的镜头组件的结构示意图；

图9是图8的仰视图；

图10是图9中C-C截面视图。

图中：

1、光纤组件；11、第一连接板；

2、镜头组件；

211、框体；2111、第一端口；2112、第二端口；2113、底板；2121、前盖板；2122、侧盖板；2123、封口盖板；213、舱体；214、底座；

22、筒体；221、准直镜片；222、聚焦镜片；223、水冷通道；

231、第一调节模组；2311、第一销钉；2312、第一导向柱；2313、第一安装孔；2314、第一弹簧；232、第二调节模组；2321、第二销钉；2322、第二导向柱；2323、第二安装孔；2324、第二弹簧；

24、第一密封部；241、第一保护镜模组；2411、第一保护镜框架；2412、第一保护镜；242、第一环形槽；243、第一密封圈；

25、第二密封部；251、第二保护镜模组；2511、第二保护镜框架；2512、第二保护镜；252、第二环形槽；253、第二密封圈；

26、滤光组件；

27、驱动组件；271、音圈电机；272、交叉滚子导轨；

28、灰尘检测装置；281、进风口；282、出风口；

291、窗口镜片；292、端盖；293、第三环形槽；294、第三密封圈；295、波形弹簧；

3、喷头组件；31、第二连接板；

4、水管接头；

5、温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供一种激光切割头，该激光切割头包括依次设置的光纤组件1、镜头组件2及喷头组件3，镜头组件2包括镜筒，该镜筒在能够调节通过镜筒的激光束的焦点的同时，保证了镜筒与外界环境的密封性能，从而提高了准直镜片和聚焦镜片的使用寿命，减少了准直镜片和聚焦镜片的维修更换次数，进而提高了生产效率，降低了生产成本。

如图8-图10所示，该镜筒包括筒体22、一对窗口镜片291、准直镜片221、聚焦镜片222及驱动组件27。筒体22设有贯穿筒体22的通道，一对窗口镜片291分别设置于通道的两端，一对窗口镜片291与通道的内壁之间设置有密封通道的密封部，准直镜片221和聚焦镜片222依次设置于通道中，驱动组件27的移动端能够沿通道的延伸方向移动，筒体22连接于驱动组件27的移动端，从而在能够调节通过镜筒的激光束的焦点的同时，将准直镜片221和聚焦镜片222密封于通道中，保证了镜筒与外界环境的密封性能，从而提高了准直镜片221和聚焦镜片222的使用寿命，减少了准直镜片221和聚焦镜片222的维修更换次数，进而提高了生产效率，降低了生产成本。

借由上述结构，优选地，为了保证一对窗口镜片291与通道的内壁之间的密封部的密封稳定性，减小振动对一对窗口镜片291的影响，端盖292与窗口镜片291之间设置有波形弹簧295，波形弹簧295被端盖292压紧在窗口镜片291上，减小了振动对一对窗口镜片291的影响，从而保证了一对窗口镜片291与通道的内壁之间的密封部的密封稳定性。

进一步地，为了提高准直镜片221和聚焦镜片222的使用寿命，筒体22位于准直镜片221和聚焦镜片222之间的部分设置有水冷通道223，水冷通道223的进口和出口分别连接有一个水管接头4，以能够在该激光切割头工作过程中，持续为准直镜片221和聚焦镜片222降温，从而始终使准直镜片221和聚焦镜片222保持较低的温度，进而提高了准直镜片221和聚焦镜片222的使用寿命。

为了进一步的提高激光切割头的密封性能，激光切割头可以使镜筒设置在一个与外界隔绝的密封环境中，从而在准直镜片221和聚焦镜片222外形成双层密封结构，进而能够避免外界环境中的灰尘和烟尘中的颗粒进入到激光切割头，防止这些颗粒附着在价值较昂贵的准直镜片221或聚焦镜片222上，避免了被激光照射后的处于高温状态的颗粒烧毁准直镜片221或聚焦镜片222，提高准直镜片221和聚焦镜片222的使用寿命，降低了生产成本并提高了生产效率。

如图1-图7所示，在本实施例中，激光切割头包括依次设置的光纤组件1、镜头组件2及喷头组件3。镜头组件2包括机架及设置于机架中的镜筒。

机架的上顶面和下底面分别设置有第一端口2111和第二端口2112，并且设置有连通第一端口2111和第二端口2112的第一通路，镜筒设置在第一通路中，并且镜筒的通道的延伸方向与第一通路的延伸方向相同，光纤组件1中的光路依次通过准直镜片221和聚焦镜片222进入到喷头组件3中。光纤组件1和喷头组件3分别通过第一连接板11和第二连接板31连接在机架的上顶面和下底面上。

为了提高光纤组件1和喷头组件3分别与镜头组件2之间的密封性，镜头组件2还包括第一密封部24和第二密封部25，第一密封部24能够在保证光纤组件1的光路连通至第一通路中时，使第一通路的第一端口2111密封于光纤组件1，第二密封部25能够在保证第一通路的光路连通至喷头组件3时，使第一通路的第二端口2112密封于喷头组件3，从而在机架中形成第一通路与外部密封的内腔，降低了灰尘和烟尘中的颗粒进入第一通路的几率。

具体地，如图4-图7所示，第一密封部24包括第一保护镜模组241、一对第一环形槽242、一对第一密封圈243及第一连接板11。第一保护镜模组241包括第一保护镜框架2411和第一保护镜2412，第一保护镜2412设置在第一保护镜框架2411的安装孔中，第一保护镜模组241的顶部和底部均设置有第一环形槽242，一对第一密封圈243分别设置于一对第一环形槽242中，第一连接板11将第一保护镜模组241抵压于机架上，以使一对第一密封圈243被第一连接板11分别挤压限定于一对第一环形槽242内，从而实现光纤组件1和镜头组件2之间的密封。

第二密封部25包括第二保护镜模组251、一对第二环形槽252、一对第二密封圈253及第二连接板31。第二保护镜模组251包括第二保护镜框架2511和第二保护镜2512，第二保护镜框架2511设置有放置第二保护镜2512的通孔，并在位于该通孔附近的第二保护镜框架2511的顶面和底面分别设置有一对第二环形槽252。一对第二密封圈253分别设置于一对第二环形槽252中，第二连接板31将第二保护镜模组251抵压于机架的底面上，位于第二保护镜模组251底部的第二密封圈253被第二连接板31挤压限定于位于第二保护镜框架2511底面的第二环形槽252内；位于第二保护镜模组251顶部的第二密封圈253被第二保护镜框架2511收到的第二连接板31的压力挤压限定于位于第二保护镜框架2511顶面的第二环形槽252内，即一对第二密封圈253均被第二连接板31挤压限定于一对第二环形槽252内。

一对窗口镜片291与通道的内壁之间的密封部包括一对第三环形槽293及一对第三密封圈294。一对端盖292分别于筒体22的内壁抵接的侧壁上均设置有第三环形槽293。一对第三密封圈294分别设置于一对第三环形槽293中，并且各个第三密封圈294均被筒体22的内壁挤压限定于各个第三环形槽293内，从而保证了筒体22与位于筒体22外部的第一通路之间的密封性。

进一步地，为了保证第一通路与外界之间的密封性的同时，便于各个镜片组件的维修更换，机架包括框体211和设置在框体211上的盖板，框体211的正面分别设置有用于筒体22由正面插入第一通路中、用于第一保护镜模组241由正面插入第一通路中以及用于第二保护镜模组251由正面插入第一通路中的通孔，盖板包括盖设在框体211正面的前盖板2121、盖设在框体211左侧面和右侧面的一对侧盖板2122，以及设置在框体211正面和前盖板2121之间的封口盖板2123。

一对封口盖板2123分别盖设在用于第一保护镜模组241和第二保护镜模组251由正面插入第一通路中的一对通孔上，一对封口盖板2123分别朝向框体211正面的端面上分别设置有用于密封第一保护镜模组241和第二保护镜模组251由正面插入第一通路中的一对环形槽，一对环形槽内均设置有密封圈，一对封口盖板2123分别将一对密封圈挤压限定在一对环形槽中。

前盖板2121朝向框体211正面的端面上设置有用于分别容放一对封口盖板2123的一对凹槽，并且在前盖板2121的一对凹槽之间的板体上设置有用于密封筒体22由框体211正面插入第一通路中的通孔的环形槽，环形槽中设置有密封圈，当前盖板2121安装在框体211正面时，前盖板2121将位于其板体上的环形槽中的密封圈挤压限定在该环形槽中，并将一对封口盖板2123压紧在框体211的正面上。不仅保证了第一通路与外界之间的密封性，而且便于筒体22、第一保护镜模组241及第二保护镜模组251的维修更换。

由于在光纤组件1和镜头组件2的连接过程中，由于加工误差以及装配误差可能会导致光纤组件1的光路的轴线与镜头组件2的第一通路的轴线有偏差，从而使光纤组件1的光路中部分光束照射在第一连接板11上，不仅浪费能源，而且会导致第一连接板11的温度过高，从而可能使第一密封部24的密封失效。

为了解决上述问题，本实施例中的镜头组件2还包括第一调节模组231和第二调节模组232，第一调节模组231和第二调节模组232依次设置在第一连接板11和机架之间。第一调节模组231固定在机架的顶部，第二调节模组232连接于第一调节模组231的移动端，第一连接板11连接于第二调节模组232的移动端，第一调节模组231的移动端能够沿第一水平方向移动，第二调节模组232的移动端能够沿垂直于第一水平方向的第二水平方向移动。

具体地，如图5至图7所示，第一调节模组231包括第一连接体、设置在第一连接体上的一对第一导向柱2312及一对第一安装孔2313、一对第一弹簧2314，以及第一销钉2311。第二调节模组232包括第二连接体、设置在第二连接体上的一对第二导向柱2322及一对第二安装孔2323、一对第二弹簧2324，以及第二销钉2321。

第一连接体设置在机架的顶面上，第一连接体的顶面上有容放第二调节模组232的凹槽，第一销钉2311、一对第一导向柱2312及一对第一安装孔2313均设置在该凹槽的侧壁上，并且第一销钉2311、第一导向柱2312及第一安装孔2313的轴线均沿第一水平方向延伸。第一导向柱2312贯穿第一连接体的凹槽。一对第一安装孔2313分别用于安装一对第一弹簧2314，第一弹簧2314能够伸入于该凹槽中，并且一对第一弹簧2314均能沿第一水平方向发生弹性变形。

第二连接体设置在第一连接体的顶部，第二连接体能够伸入于第一连接体的凹槽中，并且一对第一导向柱2312沿第一水平方向穿过第二连接体伸入第一连接体的凹槽的部分，一对第一弹簧2314露出第一连接体的凹槽中的部分抵接在第二连接体上，第一销钉2311能够抵接于第二连接体伸入于第一连接体的凹槽的部分，并能够推抵第二连接体，以使一对第一弹簧2314发生弹性变形，从而能够调整光纤组件1的光路在第一水平方向上的位置。

第二连接体的顶面上设置有容放第一连接板11的凹槽，第二销钉2321、一对第二导向柱2322及一对第二安装孔2323均设置在该凹槽的侧壁上，并且第二销钉2321、第二导向柱2322及第二安装孔2323的轴线均沿垂直于第一水平方向的第二水平方向延伸。第二导向柱2322贯穿第二连接体的凹槽。一对第二安装孔2323分别用于安装一对第二弹簧2324，第二弹簧2324能够伸入于该凹槽中，并且一对第二弹簧2324均能沿第二水平方向发生弹性变形。

第一连接板11设置在第二连接体的顶部，第一连接板11能够伸入于第二连接体的凹槽中，并且一对第二导向柱2322沿第二水平方向穿过第一连接板11伸入第二连接体的凹槽的部分，一对第二弹簧2324露出第二连接体的凹槽中的部分抵接在第一连接板11上，第二销钉2321能够抵接于第一连接板11伸入于第二连接体的凹槽的部分，并能够推抵第一连接板11，以使一对第二弹簧2324发生弹性变形，从而能够调整光纤组件1的光路在第二水平方向上的位置。

优选地，第二调节模组232还包括滤光组件26，滤光组件26能够吸收光纤组件1的光路沿第一水平方向上的偏离照射在第二连接体上的光束，并且第二连接体位于滤光组件26附近的部分设置有用于流体流通的通道，以能够降低滤光组件26的温度。

在本实施例中，由于准直镜片221和聚焦镜片222之间的距离是固定的，为了能够使该激光切割头能够调整激光光束的焦距，如图5、图8-图10所示，驱动组件27设置于机架上，并且驱动组件27的移动端能够在第一通路中沿第一通路的延伸方向移动，从而调整筒体22相对喷头组件3之间的距离，进而实现调整该激光切割头的激光光束的焦距。

具体地，在本实施例中，机架还包括底板2113、舱体213及底座214，驱动组件27包括音圈电机271及一对交叉滚子导轨272。筒体22固定在底板2113的正面上，音圈电机271固定在底板2113的背面上。底板2113设置有贯穿底板2113的滑槽，并且滑槽沿第一通道的延伸方向延伸，音圈电机271的输出端连接有连接件，该连接件穿过底板2113上的滑槽并连接于筒体22上。为了防止外部灰尘由底板2113上的滑槽进入第一通路中，位于底板2113背面的音圈电机271通过舱体213和底座214在底板2113的背面形成密封结构，以能够使底板2113的滑槽密封于外界，从而防止外部灰尘或烟尘中的颗粒由外界通过底板2113的滑槽进入第一通路中。

底板2113上还设置有交叉滚子导轨272，交叉滚子导轨272沿第一通道的延伸方向延伸，筒体22连接于交叉滚子导轨272的移动端，从而能够使音圈电机271带动筒体22沿第一通道的延伸方向平稳移动。

由于激光切割头的外部工作环境较差，在镜头组件2与外界之间的密封部可能会因为密封圈被腐蚀而导致密封失效，从而使得外部的灰尘和烟尘中的颗粒进入第一通路中，并附着在第一保护镜模组241和第二保护镜模组251上，从而可能会因高温烧损第一保护镜2412和第二保护镜2512，为了解决上述问题，进一步地，如图8所示，镜头组件2还包括灰尘检测装置28，灰尘检测装置28设置于与第一通路的内壁相对的筒体22的外侧面上，以检测第一通路中的灰尘浓度，从而在灰尘浓度超过标准值后使连接于激光切割头的设备发出警报，从而保护镜头组件2的使用寿命。

灰尘检测装置28上设置有进风口281和出风口282，并且框体211在位于进风口281和出风口282之间设置有隔板，以隔绝进风口281和出风口282，并使机架在第一通道中形成由进风口281经过整个筒体22的顶面和底面流通至出风口282的风道，从而能够使气流带走附着在第一保护镜模组241和第二保护镜模组251上的颗粒。

为了进一步地提高激光切割头的使用寿命，如图3所示，位于第一保护镜模组241、第二保护镜模组251、准直镜片221及聚焦镜片222附近的第一通路的内壁上均设置有安装槽，各个安装槽内均设置有温度传感器5，不仅能够用于实时检测位于对应位置处的镜片的温度，而且还能够在每个镜片的温度过高时，使连接于激光切割头的设备发出警报，从而提高激光切割头的使用寿命。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。