專利名稱：一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控激光切割機(jī)，尤其涉及數(shù)控激光切割機(jī)光路裝置的設(shè)計與改進(jìn)。
背景技術(shù)：
激光切割機(jī)在切割過程中，激光光束聚焦成一個很小的光點(diǎn)，使焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度。這時光束輸入的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過被材料反射、傳導(dǎo)或擴(kuò)散的部分，材料很快被加熱到熔化及汽化溫度，與此同時一股高速氣流從同軸或非同軸向?qū)⑷刍捌说牟牧嫌刹牧舷虏看党?。隨著光束與材料的相對移動，使孔洞形成寬度很窄的切縫分割材料。
目前，用于民用的激光發(fā)生器由于成本原因，所發(fā)出的激光束具有一定的發(fā)散角，使整體光束在空間呈"錐形"。當(dāng)"錐形"的高度改變時(相當(dāng)于激光切割機(jī)光路長度改變)，聚焦鏡表面的光束的橫截面面積也隨之改變。此外，光具有波的性質(zhì)，因此不可避免地會出現(xiàn)衍射現(xiàn)象，該現(xiàn)象存在于所有的光學(xué)系統(tǒng)中，能夠決定這些系統(tǒng)在性能方面的理論限值。衍射會使光束在傳播過程中發(fā)生橫向擴(kuò)展。如果在對某個準(zhǔn)直激光光束進(jìn)行聚焦時使用的
是一個"理想"透鏡，那么光斑的大小將只受衍射作用的影響。(關(guān)系式——叫'，其中
厠
"。'為焦點(diǎn)處光斑半徑，A為波長，f為透鏡焦距，"為光束在透鏡上的光束半徑)
從上述可以看出，光束直徑的變化是引發(fā)光斑直徑變化的主要因素，當(dāng)激光切割機(jī)上安裝切割頭的橫梁作X向運(yùn)動，同時Z軸系統(tǒng)作Y向運(yùn)動時，切割頭在X0Y平面作任意曲線運(yùn)動，因此由激光發(fā)生器至激光頭聚焦透鏡的光路長度會發(fā)生變化，由于民用激光發(fā)生器所發(fā)出的激光存在一定的發(fā)散角，也就是說，當(dāng)光路長度變化時，作用在透鏡表面的光束直徑在變化，這就會引起光斑大小的變化。如果光斑的尺寸在連續(xù)加工中發(fā)生變化的話，必然會對加工產(chǎn)生很大影響，比如，會造成切割縫寬度不一致、在相同切割功率下會割不透或燒蝕板材等現(xiàn)象。 現(xiàn)有技術(shù)中，針對以上問題，主要有三種方式 —是平行光管這是一種常用的方法，即在(A激光器的輸出端加一平行光管進(jìn)行擴(kuò)束處理，擴(kuò)束后的光束直徑變大，發(fā)散角變小，使在切割工作范圍內(nèi)近端和遠(yuǎn)端聚焦前光束尺寸接近一致； 二是在切割頭上增加一獨(dú)立的移動透鏡的下軸，它與控制噴嘴到材料表面距離的Z軸是兩個相互獨(dú)立的部分；當(dāng)機(jī)床工作臺移動或光軸移動時，光束從近端到遠(yuǎn)端F軸也同時移動，使光束聚焦后光斑直徑在整個加工區(qū)域內(nèi)保持一致； 三是控制聚焦鏡( 一般為金屬反射聚焦系統(tǒng))的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點(diǎn)光斑直徑變大時，自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點(diǎn)光斑直徑變小。
以上三種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用難度大，成本極高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上問題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、調(diào)整方便的能在連續(xù)加工中確保光斑面積不變；同時，根據(jù)不同的切割縫寬度要求，又能改變光斑面積的數(shù)控激光切割 機(jī)的光路裝置。 本發(fā)明的技術(shù)方案是包括激光發(fā)生器、利用透鏡使激光聚焦的切割頭、連接激光
發(fā)生器與切割頭的傳導(dǎo)光路以及控制器，它還設(shè)有等光程裝置，等光程裝置包括由伺服電
機(jī)驅(qū)動的小車、設(shè)置在小車上的至少一片補(bǔ)償反射鏡，伺服電機(jī)連接控制器，補(bǔ)償反射鏡迂
折地設(shè)置在傳導(dǎo)光路中，傳導(dǎo)光路中設(shè)有與之適配的發(fā)射反射鏡、接收反射鏡。 所述的補(bǔ)償反射鏡設(shè)有相互呈90°的補(bǔ)償反射鏡一、補(bǔ)償反射鏡二，補(bǔ)償反射鏡
一用來接收發(fā)射反射鏡傳導(dǎo)的激光，補(bǔ)償反射鏡二將補(bǔ)償反射鏡一反射的激光傳導(dǎo)至接收
反射鏡。 所述的小車上設(shè)有Y向往返運(yùn)動機(jī)構(gòu)，所述的補(bǔ)償反射鏡設(shè)置在Y向往返運(yùn)動機(jī) 構(gòu)上。 它還包括一與數(shù)控激光切割機(jī)橫梁垂直且水平設(shè)置的小車軌道。
所述的小車軌道在X向長度大于橫梁軌道在X向的長度。
所述的小車連接在橫梁軌道上。 所述的橫梁軌道末端設(shè)有光程調(diào)整裝置，光程調(diào)整裝置為一延長的軌道。 所述的控制器中包括存儲有根據(jù)切割頭的位置指令等光程裝置運(yùn)動以使光路長
度保持在一定值的程序的存儲器。 所述的控制器中包括存儲有根據(jù)加工要求指令等光程裝置運(yùn)動從而通過改變光 路長度進(jìn)而改變切割光斑面積的程序的存儲器。 本發(fā)明在激光的傳導(dǎo)光路上設(shè)置了一個等光程裝置，當(dāng)切割頭位置移動時，補(bǔ)償 由移動而造成的相對于切割頭原點(diǎn)(O，O)光路長度的變化；進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在連續(xù)切割加工中， 落在板料表面上的光斑面積為一恒定值。該等光程裝置由控制器控制，控制器檢測到切割 頭相對于原點(diǎn)位置移動后，根據(jù)控制器中存儲的具有函數(shù)關(guān)系的程序，計算出等光程裝置 在S方向應(yīng)該移動多少量，以使切割頭在(O，O) (a，b)點(diǎn)間任一點(diǎn)時，由激光發(fā)生器到切 割頭的光路長度都一致。 當(dāng)有不同加工需要時，比如切割不銹鋼薄板與低碳鋼厚板，需要不同的光斑面積、 行走速度，此時，可以通過控制器改變等光程裝置的初始位置，通過初始位置的變化來改變 光路長度，進(jìn)而改變透鏡表面光束直徑，最終改變光斑面積，以滿足不同加工需要。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖 圖中1是橫梁，2是切割頭，3是Z軸部件，4是接收反射鏡，5是發(fā)射反射鏡，6是初
始光路，7是補(bǔ)償反射鏡一，8是補(bǔ)償反射鏡二，9是小車，10是中間光路，11是小車軌道，12
是橫梁軌道，13是中間切割點(diǎn)，14是板料，15是激光發(fā)生器，18是光程調(diào)整裝置； 圖2是本發(fā)明另一實(shí)施方式的示意圖 圖中16是補(bǔ)償反射鏡；17是Y向往返運(yùn)動機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明如圖2所示，包括激光發(fā)生器15、利用透鏡在工件表面形成切割激光光斑的切割頭2、連接激光發(fā)生器15與切割頭2的傳導(dǎo)光路裝置以及控制器，它還設(shè)有等光程裝 置，等光程裝置包括由伺服電機(jī)驅(qū)動的小車9、設(shè)置在小車9上的至少一個補(bǔ)償反射鏡16， 以及補(bǔ)償反射鏡16的Y向往返運(yùn)動機(jī)構(gòu)17。伺服電機(jī)連接控制器，補(bǔ)償反射鏡16迂折地 設(shè)置在傳導(dǎo)光路中，傳導(dǎo)光路中設(shè)有與之適配的發(fā)射反射鏡5、接收反射鏡4。小車9連接 在橫梁軌道12上。 控制器中包括存儲有根據(jù)切割頭2的位置指令等光程裝置運(yùn)動以使光路長度保 持在一定值的程序的存儲器。 控制器中包括存儲有根據(jù)加工要求指令等光程裝置運(yùn)動從而通過改變光路長度 進(jìn)而改變切割光斑面積的程序的存儲器。 依照上述實(shí)施方式工作時，在原點(diǎn)(O，O)位置激光發(fā)生器15到切割頭2之間的初 始光路6 (圖中粗實(shí)線所示)的長度為L。加工中，橫梁1在X方向運(yùn)動，橫梁1上的Z軸 部件3在Y方向運(yùn)動，行至板料14上的P(X， Y)點(diǎn)13，形成一中間光路10 (圖中粗虛線所 示)。初始光路6與中間光路10的長度一致。從圖中可見初始位置時橫梁1與小車9之 間的距離為M，中間位置時兩者間距離為N，兩者長度不同；當(dāng)切割頭2在X0Y平面作任意曲 線運(yùn)動時，小車9(等光程裝置)同時以特定的速度曲線作S向的運(yùn)動，以此來保證光路長 度L保持某一給定值，通過小車9在S方向的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)了原點(diǎn)與P點(diǎn)之間光路長度的補(bǔ)償。 考慮補(bǔ)償長度可能大于機(jī)身在X向的長度，小車運(yùn)行的小車軌道11要長于機(jī)身長度。當(dāng)小 車加載在橫梁導(dǎo)軌12上運(yùn)行時，在橫梁導(dǎo)軌12末端設(shè)置如圖1中所示的光程調(diào)整裝置18， 用以確保補(bǔ)償量。 但采用一個補(bǔ)償反射鏡16時，在S向運(yùn)行的同時，為保證反射角度，補(bǔ)償反射鏡16 還需要在Y向做微量往返運(yùn)動，設(shè)置了 Y向往返運(yùn)動機(jī)構(gòu)17，在必要時在Y向往返運(yùn)動機(jī)構(gòu) 17上還可以設(shè)置Z軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，以確保補(bǔ)償反射鏡16正確傳導(dǎo)激光。Y向往返運(yùn)動機(jī) 構(gòu)17連接控制器，Z軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)連接控制器。 本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式如圖l所示，補(bǔ)償反射鏡設(shè)有相互呈90。的補(bǔ)償反射鏡一7、 補(bǔ)償反射鏡二 8，補(bǔ)償反射鏡一 7用來接收發(fā)射反射鏡5傳導(dǎo)的激光，補(bǔ)償反射鏡二 8將補(bǔ) 償反射鏡一 7反射的激光傳導(dǎo)至接收反射鏡4。它還包括一與數(shù)控激光切割機(jī)橫梁1垂直 且水平設(shè)置的小車軌道ll。 控制器中包括存儲有根據(jù)切割頭2的位置指令等光程裝置運(yùn)動以使光路長度保 持在一定值的程序的存儲器。 控制器中包括存儲有根據(jù)加工要求指令等光程裝置運(yùn)動從而通過改變光路長度 進(jìn)而改變切割光斑面積的程序的存儲器。 依照本實(shí)施方式，利于直觀地確定變化的光路長度補(bǔ)償?shù)暮瘮?shù)關(guān)系，與上一實(shí)施 方式不同的是增加了一級反射。
權(quán)利要求
一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置，包括激光發(fā)生器、利用透鏡使激光聚焦的切割頭、連接激光發(fā)生器與切割頭的傳導(dǎo)光路以及控制器，其特征在于，它還設(shè)有等光程裝置，等光程裝置包括由伺服電機(jī)驅(qū)動的小車、設(shè)置在小車上的至少一片補(bǔ)償反射鏡，伺服電機(jī)連接控制器，補(bǔ)償反射鏡迂折地設(shè)置在傳導(dǎo)光路中，傳導(dǎo)光路中設(shè)有與之適配的發(fā)射反射鏡、接收反射鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置，其特征在于，所述的補(bǔ)償 反射鏡設(shè)有相互呈90°的補(bǔ)償反射鏡一、補(bǔ)償反射鏡二，補(bǔ)償反射鏡一用來接收發(fā)射反射 鏡傳導(dǎo)的激光，補(bǔ)償反射鏡二將補(bǔ)償反射鏡一反射的激光傳導(dǎo)至接收反射鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置，其特征在于，所述的小車 上設(shè)有Y向往返運(yùn)動機(jī)構(gòu)，所述的補(bǔ)償反射鏡設(shè)置在Y向往返運(yùn)動機(jī)構(gòu)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置，其特征在于，它還包括一 與數(shù)控激光切割機(jī)橫梁垂直且水平設(shè)置的小車軌道。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置，其特征在于，所述的小車 軌道在X向長度大于橫梁軌道在X向的長度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置，其特征在于，所述的小車 連接在橫梁軌道上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置，其特征在于，所述的橫梁 軌道末端設(shè)有光程調(diào)整裝置，光程調(diào)整裝置為一延長的軌道。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一所述的一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置，其特征在于，所 述的控制器中包括存儲有根據(jù)切割頭的位置指令等光程裝置運(yùn)動以使光路長度保持在一 定值的程序的存儲器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一所述的一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置，其特征在于，所 述的控制器中包括存儲有根據(jù)加工要求指令等光程裝置運(yùn)動從而通過改變光路長度進(jìn)而 改變切割光斑面積的程序的存儲器。
全文摘要
一種數(shù)控激光切割機(jī)的光路裝置。涉及數(shù)控激光切割機(jī)。包括激光發(fā)生器、利用透鏡使激光聚焦的切割頭、連接激光發(fā)生器與切割頭的傳導(dǎo)光路以及控制器，其特征在于，它還設(shè)有等光程裝置，等光程裝置包括由伺服電機(jī)驅(qū)動的小車、設(shè)置在小車上的至少一片補(bǔ)償反射鏡，伺服電機(jī)連接控制器，補(bǔ)償反射鏡迂折地設(shè)置在傳導(dǎo)光路中，傳導(dǎo)光路中設(shè)有與之適配的發(fā)射反射鏡、接收反射鏡。本發(fā)明的等光程裝置由控制器控制，控制器檢測到切割頭相對于原點(diǎn)位置移動后，根據(jù)控制器中存儲的具有函數(shù)關(guān)系的程序，計算出等光程裝置在S方向應(yīng)該移動多少量，以使切割頭在(0，0)～(a，b)點(diǎn)間任一點(diǎn)時，由激光發(fā)生器到切割頭的光路長度都一致。
文檔編號B23K26/00GK101722368SQ20081019559
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月18日
發(fā)明者周鵬飛, 洪超, 翟東升, 耿天順, 胡金龍 申請人:江蘇揚(yáng)力數(shù)控機(jī)床有限公司