ГОЛОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ С ДВУМЯ ПОДВИЖНЫМИ ЗЕРКАЛАМИ ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ ПУЧКА И/ИЛИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК B23K26/38 B23K26/62 B23K26/64 B23K26/08 

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №62/294 744, поданной 12 февраля 2016 г., раскрытие которой включено в настоящий документ во всей полноте посредством ссылки. Настоящее изобретение также относится к публикации заявки на патент США №2016/0368089, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к лазерной резке, более конкретно к головке для лазерной резки, содержащей двойные подвижные зеркала, обеспечивающие регулировку пучка и/или колебательное движение во время резки.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Лазеры, например волоконные лазеры, часто используют для обработки материалов, например, резки. Традиционная головка для лазерной резки содержит коллиматор для коллимирования лазерного излучения, фокусирующую линзу для фокусировки лазерного излучения на заготовку или целевой участок резки, и режущее сопло для направления газа на заготовку. Лазерный пучок проходит через сопло и расплавляет материал заготовки, в газ под высоким давлением, направляемый через сопло, сдувает расплавленный материал. В таких устройствах сопло, как правило, находится рядом с разрезаемой заготовкой, и для отслеживания положения сопла и его удержания может использоваться датчик. Также пучок должен совпадать с центром сопла, для чего часто прибегают к регулировке фокусирующей линзы в направлении х, у. Фокусирующая линза также может быть отрегулирована в направлении z, например, для создания зазора большего размера для пропускания газа во время прокалывания и резки заготовки. В существующих режущих головках не предусмотрена возможность быстрой и простой регулировки положения пучка и размера точки для разных видов резки.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

В соответствии с вариантом осуществления головка для лазерной резки содержит коллиматор, выполненный с возможностью соединения с отводящее волокно волоконного лазера, и по меньшей мере первое и второе подвижные зеркала, выполненный с возможностью приема коллимированного лазерного пучка от коллиматора и перемещения пучка по первой и второй осям в пределах ограниченной зоны видимости. Головка для лазерной резки также содержит фокусирующую линзу, выполненную с возможностью фокусировки лазерного пучка относительно заготовки и режущего сопла для направления сфокусированного лазерного пучка и газа на разрезаемую заготовку. Ограниченная зона видимости соответствует апертуре режущего сопла.

В соответствии с другим вариантом осуществления головка для лазерной резки содержит коллиматор, выполненный с возможностью соединения с отводящее волокно волоконного лазера и по меньшей мере первое и второе подвижные зеркала, выполненный с возможностью приема коллимированного лазерного пучка от коллиматора и перемещения пучка по первой и второй осям. Головка для лазерной резки также содержит фокусирующую линзу, выполненную с возможностью фокусировки лазерного пучка относительно заготовки без использования сканирующей линзы и режущего сопла для направления сфокусированного лазера и газа на разрезаемую заготовку.

В соответствии с другим вариантом осуществления головка для лазерной резки содержит модуль коллиматора, содержащий коллиматор, выполненный с возможностью соединения с отводящим волокном волоконного лазера, и модуль источника колебаний, соединенный с модулем коллиматора. Модуль источника колебаний содержит по меньшей мере первое и второе подвижные зеркала, выполненные с возможностью приема коллимированного лазерного пучка от коллиматора и перемещения пучка по первой и второй осям. Модуль основного блока соединен с модулем источника колебаний и содержит по меньшей мере фокусирующую линзу, выполненную с возможностью фокусировки лазерного пучка относительно заготовки. Держатель сопла в сборе соединен с модулем основного блока и содержит режущее сопло для направления сфокусированного лазерного пучка и газа на разрезаемую заготовку. Сфокусированный лазерный пучок перемещается в пределах апертуры режущего сопла.

В соответствии с другим вариантом осуществления установка для лазерной резки содержит волоконный лазер, содержащий отводящее волокно и головку для лазерной резки, соединенную с отводящим волокном волоконного лазера. Головка для лазерной резки содержит коллиматор, выполненный с возможностью соединения с отводящее волокно волоконного лазера и по меньшей мере первое и второе подвижные зеркала, выполненный с возможностью приема коллимированного лазерного пучка от коллиматора и перемещения пучка по первой и второй осям в пределах только ограниченной зоны видимости. Головка для лазерной резки также содержит фокусирующую линзу, выполненную с возможностью фокусировки лазерного пучка относительно заготовки и режущего сопла для направления сфокусированного лазерного пучка и газа на разрезаемую заготовку. Ограниченная зона видимости соответствует апертуре режущего сопла. Установка для лазерной резки также содержит управляющее устройство для управления по меньшей мере волоконным лазером и положениями, занимаемыми подвижными зеркалами.

В соответствии с другим вариантом осуществления способ лазерной резки предусматривает: предоставление головки для лазерной резки, содержащей коллиматор, первое и второе подвижные зеркала, фокусирующую линзу и сопло; генерирование исходного лазерного пучка волоконным лазером; коллимирование исходного лазерного пучка за счет его пропускания через коллиматор; фокусирование пучка за счет его пропускания через фокусирующую линзу; направление сфокусированного пучка через сопло; перемещение подвижных зеркал для регулировки положения пучка в пределах апертуры сопла; направление газа через сопло на заготовку; и перемещение головки для лазерной резки и заготовки относительно друг друга для разрезания заготовки.

В соответствии с другим вариантом осуществления способ лазерной резки предусматривает: предоставление головки для лазерной резки, содержащей коллиматор, первое и второе подвижные зеркала, фокусирующую линзу и сопло; генерирование исходного лазерного пучка волоконным лазером; коллимирование исходного лазерного пучка за счет его пропускания через коллиматор; фокусирование пучка за счет его пропускания через фокусирующую линзу;

направление сфокусированного пучка через сопло; перемещение подвижных зеркал для перемещения пучка по колебательным схемам в пределах апертуры сопла; направление газа через сопло на заготовку; и перемещение головки для лазерной резки и заготовки относительно друг друга для разрезания заготовки.

Краткое описание фигур

Эти и другие признаки и преимущества станут более понятны после прочтения приведенного далее подробного описания, выполненного со ссылкой на фигуры, на которых:

на фиг. 1 схематически показа блок-схема устройства, содержащего головку для лазерной резки с двумя подвижными зеркалами в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2А-2D схематически показаны варианты колебаний, которые может производить режущая головка, содержащая два подвижных зеркала, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 показан поэлементный вид головки для лазерной резки с двумя подвижными зеркалами для перемещения пучка в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4 показан вид в перспективе модуля источника колебаний, используемого в головке для лазерной резки, показанной на фиг. 3;

на фиг. 5 показан поэлементный вид модуля источника колебаний, используемого в головке для лазерной резки, показанной на фиг. 3;

на фиг. 6 показан частичный вид в разрезе модуля источника колебаний, используемого в головке для лазерной резки, показанной на фиг. 3, и термодатчики;

на фиг. 7 показан поэлементный вид модуля источника колебаний с ограничивающей апертурой с водяным охлаждением;

на фиг. 8 схематически показана схема траектории пучка в пределах модуля источника колебаний, показанного на фиг. 4.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Головка для лазерной резки с подвижными зеркалами, выполненная в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, может быть использована для перемещения пучка, например, для регулировки пучка и/или создания разных схем колебаний для резки с получением прорезей разной ширины. Головка для лазерной резки содержит режущее сопло для направления лазерного пучка и газа на заготовку для резки. Подвижные зеркала задают колебательное движение пучка в пределах относительно небольшой зоны видимости, например, в пределах апертуры режущего сопла. Подвижные зеркала могут представлять собой гальванометрические зеркала, управляемые управляющим устройством, содержащим контроллер гальванометра. Также управляющее устройство может использоваться для управления волоконным лазером, например, в соответствии с положением пучков относительно заготовки и/или со считанным состоянием в режущей головке, таким как тепловое состояние рядом с одним из зеркал.

Как показано на фиг. 1, установка 100 для лазерной резки содержит головку 110 для лазерной резки, соединенную с отводящим волокном 111 волоконного лазера 112 (например, с посредством соединительного элемента 111а). Головка 110 для лазерной резки может быть использована для резки или другой лазерной обработки или технологических операций, выполняемых с заготовкой 102. Головка 110 для лазерной резки и/или заготовка 102 могут быть перемещены относительно друг друга в направлении разреза 106 (например, по оси 4). Режущая головка 110 может быть расположена на салазках 114 перемещения для перемещения режущей головки 110 относительно заготовки 102 по меньшей мере по одной оси, например, вдоль разреза 106. Дополнительно или альтернативно заготовка 102 может быть расположена на салазках перемещения 108 для перемещения заготовки 102 относительно головки 110 для лазерной резки.

Волоконный лазер 112 может представлять собой иттербиевый волоконный лазер, выполненный с возможностью генерирования лазера в ближнем инфракрасном диапазоне (например, 1060-1080 нм). Иттербиевый волоконный лазер может представлять собой одномодовый или многомодовый иттербиевый волоконный лазер непрерывного излучения, выполненный с возможностью генерирования лазерного пучка мощностью до 1 кВт в некоторых вариантах осуществления и более высокой мощностью до 20 кВт или выше в других вариантах осуществления. К примерам волоконного лазера 112 относятся лазеры серии YLR SM или серии YLR HP производства компании IPG Photonics Corporation. Волоконный лазер 112 также может представлять собой много пучковый волоконный лазер, такой, например, как описано в международной заявке №PCT/US 2015/45037, поданной 13 августа 2015 г. и озаглавленной «Multibeam Fiber Laser System» (Многопучковое волоконное лазерное устройство), который способен выборочно выводить один или несколько лазерных пучков через несколько волокон.

Головка 110 для лазерной резки в целом содержит коллиматор 122 для коллимирования лазерного пучка на выходе из отводящего волокна 111, по меньшей мере первое и второе подвижные зеркала 132, 134 для отражения и перемещения коллимированного пучка 116 и фокусирующую линзу 142 для фокусирования и передачи сфокусированного пучка 118 на заготовку 102. В соответствии с показанным вариантом осуществления для направления коллимированного лазерного пучка 116 на выходе из второго подвижного зеркала 134 на фокусирующую линзу 142 также используется неподвижное зеркало 144.

Головка 110 для лазерной резки также может содержать режущее сопло в сборе, содержащее режущее сопло 146 для направления лазерного пучка 118 вместе с газом на заготовку 102, при этом сопло может быть режущим соплом любого типа, известного для использования для лазерной резки. Фокусирующая линза 142 фокусирует коллимированный пучок 116 через апертуру в режущем сопле 146. Режущее сопло 146 соединено с источником 150 газа для подачи газа на сопло 146. Поэтому головка 110 для лазерной резки может быть использована в процессах лазерной обработки с использованием газа. В одном из вариантов процесса лазерной обработки с использованием газа используется лазер для смягчения материала и газ под высоким давлением (например, азот под давлением 300 фунтов/кв. дюйм) для удаления материала. В другом из вариантов процесса лазерной обработки с использованием газа используется лазер для сжигания материала в присутствии газа под низким давлением (например, кислорода под давлением 1-2 фунта/кв. дюйм).

Коллиматор 122, подвижные зеркала 132, 134, фокусирующая линза 142 и неподвижное зеркало 144 могут быть выполнены в отдельных модулях 120, 130, 140, которые могут быть соединены друг с другом, что будет подробнее описано далее. Головка 110 для лазерной резки также может быть выполнена без неподвижного зеркала 144, например, если зеркала 132, 134 расположены таким образом, что излучение будет отражаться от второго зеркала 134 на фокусирующую линзу 142. К одному из примеров режущего сопла в сборе относится тип сопла производства компании IPG Photonics Corporation, предназначенный для использования с головками для лазерной резки. К одному из примеров модуля коллиматора относится тип модуля коллиматора производства компании IPG Photonics Corporation, предназначенный для использования с головками для лазерной резки.

Подвижные зеркала 132, 134 выполнены с возможностью поворота вокруг разных осей 131, 133 для перемещения коллимированного пучка 116 и, следовательно, перемещения сфокусированного пучка 118 относительно заготовки 102 по меньшей мере по двум разным перпендикулярным осям 2, 4. Подвижные зеркала 132, 134 могут представлять собой гальванометрические зеркала, приводимые в движение электродвигателями гальванометра, выполненными с возможностью быстрого реверсирования направления. В соответствии с другими вариантами осуществления для перемещения зеркал могут использоваться другие механизмы, такие как шаговые электродвигатели. Благодаря использованию в головке 110 для лазерной резки подвижных зеркал 132, 134 обеспечивается возможность точного, управляемого и быстрого перемещения лазерного пучка 118 с целью расположения на одной линии с апертурой в сопле 146 и/или колебания пучка для изменения ширины прорези без необходимости регулировки фокусирующей линзы 142 по осям X, Y, Z и использования регулируемого коллиматора.

В соответствии с вариантом осуществления режущей головки 110, подвижные зеркала 132, 134 перемещают пучок 118 в пределах только относительно небольшой зоны видимости (например, менее чем 30×30 мм) за счет поворота пучка 118 в пределах угол сканирования а менее чем 10°, более конкретно приблизительно 1-2°, тем самым создавая колебания пучка. В свою очередь, традиционные лазерные сканирующие головки в целом могут перемещать лазерный пучок в пределах значительного большей зоны видимости (например, более чем 50×50 мм и равной 250×250 мм) и выполнены с возможностью обеспечивать большую зону видимости и угол сканирования. Таким образом, применение подвижных зеркал 132, 134 только для создания относительно небольшой зоны видимости в головке 110 для лазерной сварки является нелогичным и противоречит общей идее предоставление более широкой зоны видимости во время использования гальванометрических сканеров. Ограничение зоны видимости и угла сканирования создает преимущества во время использования гальванометрических зеркал в режущей головке 110, например, за счет увеличения скорости, использования менее дорогостоящих линз и других компонентов, а также за счет совместимости с другими аксессуарами.

Поскольку в приведенном в качестве примера варианте осуществления режущей головки 110 используется меньшая зона видимости и угол сканирования, второе зеркало 134 может быть по существу быть такого же размера, что и первого зеркала 132. В традиционных гальванометрических сканерах, в свою очередь, как правило, используется большое второе зеркало, создающее большую зону видимости и угол сканирования, но большое второе зеркало может ограничивать скорость перемещения по меньшей мере под одной оси. Благодаря меньшему второму зеркалу 134 (например, такого же размера, что и первое зеркало 132) в режущей головке 110 становится возможным перемещать зеркало 134 на более высоких скоростях по сравнению с зеркалами большего размера, используемыми в традиционных гальванометрических сканерах, создающих большие углы сканирования.

Фокусирующая линза 142 может содержать фокусирующие линзы, распространенные для применения в головках для лазерной резки и характеризующиеся разными фокусными расстояниями в диапазоне, например, от 100 мм до 1000 мм. В традиционных лазерных сканирующих головках используются многоэлементные сканирующие линзы, такие как линза F-theta, полевыравнивающая линза или телецентрическая линза, характеризующиеся значительно большими диаметрами (например, для пучка диаметром 33 мм используется линза диаметром 300 мм) для фокусирования пучка в пределах большей зоны видимости. Использование таких сканирующих линз в головке для лазерной резки является сложной задачей. Так как подвижные зеркала 132, 134 перемещают пучок в пределах относительно небольшой зоны видимости, использование большой многоэлементной сканирующей линзы (например, линзы F-theta) не рекомендуется. Фокусирующую линзу 142 также можно регулировать по разным осям.

В головке 110 для лазерной резки также могут использоваться другие оптические компоненты, такие как расщепитель пучка для расщепления лазерного пучка с целью создания по меньшей мере двух пятен пучка для резки. К дополнительным оптическим компонентам также могут относиться дифракционные оптические элементы, которые могут быть установлены между коллиматором 122 и зеркалами 132, 134. Для создания пуска в форме кольца или тороида также может использоваться линза-аксикон. В линзе в сборе перед линзой 142 также может быть установлено защитное окно (не показано) для защиты линзы и других оптических компонентов от попадания обрезков, образующихся в процессе резки.

Установка 100 для лазерной резки в соответствии с проиллюстрированным вариантом осуществления также содержит управляющее устройство 160 для управления волоконным лазером 112, позиционированием подвижных зеркал 132, 134 и/или салазок 108, 114 перемещения, например, в соответствии со считанными данными о состояниях в режущей головке 110, обнаруженным расположением разреза 106, и/или перемещением и/или положением лазерного пучка 118. Управляющее устройство 160 может предусматривать как устройство управления лазером, так и устройство управления зеркалом, которые вместе управляют и лазером, и зеркалами. Управляющее устройство 160 может содержать, например, аппаратное обеспечение (например, компьютер общего назначения) и программное обеспечение, используемое для управления волоконными лазерами и гальванометрическими зеркалами. Для обеспечения управления гальванометрическими зеркалами в соответствии с приведенным выше описанием, может использоваться и может быть изменено соответствующим образом, например, уже существующие программное обеспечение гальванометрического управления. Установка 100 для лазерной резки также может содержать другие средства управления, например, описанные в публикации заявки на патент США №2016/0368089, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.

Согласно одному способу для перемещения одного или обоих зеркал 132, 134 с целью размещения пучка 118 на одной линии с апертурой в сопле 146 может быть использовано управляющее устройство 160. Для определения правильности расположения пучка могут быть использованы методы, известные специалистам в области техники настоящего изобретения.

Согласно другому способу для перемещения одного или обоих зеркал 132, 134 с целью перемещения пучка по схеме, обеспечивающей получение более широкой прорези в ходе лазерной обработки, может быть использовано управляющее устройство 160. Ширина прорези может быть отрегулирована, например, в пределах диапазона приблизительно от 150 до 300 микрон. Ширина прорези может быть отрегулирована управляемым способом, например, в соответствии с разными материалами или разными толщинами материалов, подлежащих обработке.

На фиг. 2A-2D показаны примеры схем колебаний, которые могут быть использованы для увеличения ширины прорези. Используемый в настоящем документе термин «колебания» подразумевает возвратно-поступательного движения лазерного пучка (например, по двум осям) и в пределах относительно небольшой зоны видимости, ограниченной углом сканирования менее чем 10°. На фиг. 2А и 2В показана круговая схема и схема в форме цифры «8», соответственно, образованная и осуществленная по длине заготовки для получения разреза 204. На фиг. 2С и 2D показана зигзагообразная и волнообразная схема, соответственно, образованная и осуществленная по длине заготовки для получения разреза 204. Хотя на фигурах показаны определенные схемы колебаний, в пределах объема настоящего изобретения могут быть выполнены и другие схемы колебаний. Одно из преимущества применения в головке 110 для лазерной резки подвижных зеркал заключается в возможности перемещения пучка в соответствии с различными схемами колебаний.

На фиг. 3-6 более подробно показан вариант осуществления головки 310 для лазерной резки. Хотя на фигурах показан один конкретный вариант осуществления, в пределах объема настоящего изобретения также предусмотрены другие варианты осуществления головки для лазерной резки, а также устройства и способы, описанные в настоящем документе. Как показано на фиг. 3, головка 310 для лазерной резки содержит модуль 320 коллиматора, модуль 330 источника колебаний и модуль 340 основного блока. Модуль 330 источника колебаний содержит первое и второе подвижные зеркала, описанные выше, установленные между модулем 320 коллиматора и модулем 340 основного блока. Режущее сопло в сборе (не показано) установлено на модуле 340 основного блока.

Как показано на фиг. 3, входной конец 321 модуля 320 коллиматора выполнен с возможностью соединения с соединителем отводящего волокна (не показан), а выходной конец 323 модуля 320 коллиматора выполнен с возможностью соединения с модулем 330 источника колебаний. Модуль 320 коллиматора может содержать коллиматор (не показан) с парой неподвижных линз коллиматора, например, распространенных для применения в головках для лазерной резки. В соответствии с другими вариантами осуществления коллиматор может содержать линзы других конфигураций, например подвижные линзы с возможностью регулировки размера пятна пучка и/или фокусной точки.

На фиг. 4-7 более подробно показан модуль 330 источника колебаний. В соответствии с показанным вариантом осуществления модуль 430 источника колебаний содержит входную апертуру 331 для соединения с модулем 320 коллиматора и выходную апертуру 333 для соединения с модулем 340 основного блока (см. фиг. 3). Входная апертура 431 может содержать ограничивающую апертуру с водяным охлаждением. Как показано на фиг. 5, модуль 330 источника колебаний содержит первый и второй гальванометры 336, 338 для перемещения гальванометрических зеркал 332, 334 по разным перпендикулярным осям. Могут быть использованы гальванометры, распространенные для применения в лазерных сканирующих головках. Гальванометры 336, 338 могут содержать соединители 337 для соединения с контроллером гальванометра (не показан). Контроллер гальванометра может содержать аппаратное и/или программное обеспечение для управления гальванометрами с целью управления перемещением зеркал и, следовательно, перемещением и/или позиционированием лазерного пучка. Для обеспечения описанных в настоящем документе функциональных возможностей, таких, например, как регулирование положения пучка, схемы колебаний и обмен данными с лазером, может использоваться и может быть соответствующим образом изменено известное программное обеспечение гальванометрического управления.

Как показано на фиг. 4, в соответствии с показанным вариантом осуществления модуль 330 источника колебаний содержит соединитель 435 блокиратора волокон для соединения с соединителем блокиратора волокон коллиматора (не показан) на модуле 320 коллиматора. Модуль 330 источника колебаний также содержит соединитель 337 гальванометрического блокиратора волокон для соединения с контроллером гальванометра. Таким образом, защитный блокиратор проходит до модуля 330 источника колебаний и до контроллера гальванометра. Контроллер гальванометра может быть выполнен с возможностью инициирования защитного блокиратора, например, в ответ на получение считанных данных о состояниях в модуле 330 источника колебаний.

Как показано на фиг. 6 и 7, в соответствии с показанным вариантом осуществления модуль 330 источника колебаний также содержит термощупы 362, 364, расположенные рядом с каждым из соответствующих зеркал 332, 334. Термощупы 362, 364 определяют тепловое состояние (например, температуру) в соответствующих точках в модуле 330 источника колебаний и могут быть соединены через гальванометрические соединители 337 с контроллером гальванометра. Следовательно, контроллер гальванометра может следить за термощупами 362, 364 для определения возникновения заданного состояния, такого как высокая температура, свидетельствующая о потенциально опасном состоянии в модуле 330 источника колебаний. В случае неисправной работы одного из подвижных зеркал 332, 334, например, высокомощное лазерное излучение, направленное на модуль 330 источника колебаний, может неправильно отражаться и приводить к возникновению опасного состояния. Таким образом, контроллер гальванометра может инициировать защитный блокиратор для выключения лазера вследствие возникновения опасного состояния. Термощупы могут содержать известные датчики, такие как биметаллические полосы, заключенные в керамический материал.

На фиг. 8 показана траектория коллимированного пучка 316 внутри соединенных вместе модуля источника колебаний и модуля основного блока. Как видно на фигуре, коллимированный пучок 316, входящий в модуль источника колебаний, отражается от первого гальванометрического зеркала 332 га второе гальванометрическое зеркало 334, а затем отражается от неподвижного зеркала 344 внутрь модуля основного блока и выходит из модуля основного блока. Неподвижное зеркало 344 может представлять собой инфракрасное зеркало, которое можно использовать с камерой для отслеживания пучка 316.

Соответственно головка для лазерной резки с подвижными зеркалами, в соответствии с описанными в настоящем документе вариантами осуществления, обеспечивает достижение усовершенствованного управления регулированием положения и перемещением лазерного пучка, используемого для различных процессов резки, например резки с использованием газа.

Несмотря на то, что в настоящем документе были описаны основные признаки настоящего изобретения, специалисту в области техники должно быть понятно, что они приведены исключительно в качестве примера и не ограничивают объем настоящего изобретения. Другие варианты осуществления подпадают под объем защиты настоящего изобретения в дополнение к вариантам осуществления, описанным в качестве примера в настоящем документе. Изменения и замены, которые могут быть выполнены специалистом в области техники настоящего изобретения, также подпадают под объем его правовой защиты, определяемый только прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к головке для лазерной резки (варианты), установке для лазерной резки и способу лазерной резки. Подвижные зеркала используют для перемещения пучка, например, для регулировки пучка и/или создания разных схем колебаний для резки с получением прорезей разной ширины. Головка для лазерной резки содержит режущее сопло для направления лазерного пучка и газа на заготовку для резки. Подвижные зеркала задают колебательное движение пучка в пределах относительно небольшой зоны видимости, например, в пределах апертуры режущего сопла. Подвижные зеркала могут представлять собой гальванометрические зеркала, управляемые управляющим устройством, содержащим контроллер гальванометра. Управляющее устройство может использоваться для управления волоконным лазером, например, в соответствии с положением пучков относительно заготовки и/или со считанным состоянием в режущей головке, таким как тепловое состояние рядом с одним из зеркал. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Головка для лазерной резки, содержащая:

коллиматор, выполненный с возможностью соединения с отводящим волокном волоконного лазера;

по меньшей мере первое и второе подвижные зеркала, выполненные с возможностью приема коллимированного лазерного пучка от коллиматора и перемещения пучка по двум взаимно перпендикулярным направлениям в пределах ограниченной зоны видимости;

фокусирующую линзу, выполненную с возможностью фокусирования лазерного пучка относительно заготовки; и

режущее сопло для пропускания сфокусированного лазерного пучка.

2. Головка по п. 1, в которой подвижные зеркала выполнены с возможностью перемещения коллимированного пучка в пределах только ограниченной зоны видимости, образованной углом сканирования 1-2°.

3. Головка по п. 1, в которой подвижные зеркала выполнены с возможностью перемещения профилированного пучка в пределах апертуры режущего сопла в зоне видимости с размерами менее 30×30 мм.

4. Головка по п. 1, в которой фокусирующая линза не является сканирующей линзой.

5. Головка по п. 1, в которой подвижные зеркала представляют собой гальванометрические зеркала.

6. Головка по п. 1, в которой подвижные зеркала имеют одинаковый размер.

7. Головка по п. 1, дополнительно содержащая неподвижное зеркало, выполненное с возможностью отражения лазерного пучка от подвижных зеркал на фокусирующую линзу.

8. Головка для лазерной резки, содержащая:

модуль коллиматора, содержащий коллиматор, выполненный с возможностью соединения с отводящим волокном волоконного лазера;

модуль источника колебаний, соединенный с модулем коллиматора, при этом модуль источника колебаний содержит по меньшей мере первое и второе подвижные зеркала, выполненные с возможностью приема коллимированного лазерного пучка от коллиматора и перемещения пучка по взаимно перпендикулярным осям;

модуль основного блока, соединенный с модулем источника колебаний, при этом модуль основного блока содержит по меньшей мере фокусирующую линзу, выполненную с возможностью фокусирования лазерного пучка относительно заготовки; и

держатель сопла в сборе, соединенный с модулем основного блока и содержащий режущее сопло для направления сфокусированного лазерного пучка и газа на разрезаемую заготовку, при этом сфокусированный лазерный пучок перемещается в пределах апертуры режущего сопла.

9. Головка по п. 8, в которой модуль источника колебаний содержит первый и второй гальванометрические модули, содержащие гальванометрические зеркала, при этом гальванометрические зеркала имеют одинаковый размер, и при этом гальванометрические модули выполнены с возможностью соединения с контроллером гальванометра.

10. Головка по п. 8, в которой подвижные зеркала выполнены с возможностью перемещения коллимированного пучка в пределах только ограниченной зоны видимости с размерами менее 30×30 мм.

11. Установка для лазерной резки, содержащая:

волоконный лазер, содержащий отводящее волокно;

головку для лазерной резки, соединенную с отводящим волокном волоконного лазера, при этом головка для лазерной резки содержит:

коллиматор, выполненный с возможностью соединения с отводящим волокном волоконного лазера;

по меньшей мере первое и второе подвижные зеркала, выполненные с возможностью приема коллимированного лазерного пучка от коллиматора и перемещения пучка по взаимно перпендикулярным направлениям в ограниченной зоне видимости;

фокусирующую линзу, выполненную с возможностью фокусирования лазерного пучка относительно заготовки; и

режущее сопло для направления сфокусированного лазерного пучка и газа на разрезаемую заготовку, причем ограниченная зона видимости соответствует апертуре режущего сопла; и

управляющее устройство для управления по меньшей мере волоконным лазером и положениями, занимаемыми подвижными зеркалами.

12. Установка по п. 11, в которой волоконный лазер является иттербиевым волоконным лазером.

13. Установка по п. 11, в которой управляющее устройство выполнено с возможностью управления положениями подвижных зеркал для размещения сфокусированного лазерного пучка на одной линии с апертурой режущего сопла.

14. Установка по п. 11, в которой управляющее устройство выполнено с возможностью управления подвижными зеркалами для перемещения лазерного пучка по колебательным схемам.

15. Установка по п. 14, в которой колебательная схема представляет собой круговую схему или схему в форме цифры 8.

16. Установка по п. 14, в которой колебательная схема представляет собой волнообразную схему или зигзагообразную схему.

17. Установка по п. 11, дополнительно содержащая салазки перемещения для перемещения головки для лазерной резки и заготовки таким образом, чтобы лазерный пучок прорезал заготовку.

18. Установка по п. 11, в которой фокусирующая линза не является сканирующей линзой.

19. Установка по п. 11, в которой подвижные зеркала представляют собой гальванометрические зеркала.

20. Установка для лазерной резки по п. 11, в которой подвижные зеркала имеют одинаковый размер.

21. Способ лазерной резки, включающий использование головки для лазерной резки, содержащей коллиматор, первое и второе подвижные зеркала, фокусирующую линзу и сопло;

генерирование исходного лазерного пучка волоконным лазером;

коллимирование исходного лазерного пучка за счет его пропускания через коллиматор;

фокусирование пучка за счет его пропускания через фокусирующую линзу; направление сфокусированного пучка через сопло;

перемещение подвижных зеркал для перемещения пучка в соответствии с колебательной схемой в пределах апертуры сопла;

направление газа через сопло на заготовку и

перемещение головки для лазерной резки и заготовки относительно друг друга для разрезания заготовки.

22. Способ по п. 21, дополнительно включающий изменение колебательной схемы для регулирования ширины прорези.

23. Способ по п. 21, в котором колебательная схема представляет собой круговую схему или схему в форме цифры 8.