專利名稱：一種數(shù)控激光切割機的光程調(diào)整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控激光切割機，尤其涉及數(shù)控激光切割機光路裝置的設(shè)計與改進。
背景技術(shù)：
激光切割機在切割過程中，激光光束聚焦成一個很小的光點，使焦點處達到很高 的功率密度。這時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導(dǎo)或擴散的部分，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?材料下部吹出。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"錐形"的高度改變時(相當于激光切割機光路長度改變)， 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)生橫向擴展。如果在對某個準直激光光束進行聚焦時使用的
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——《。' ，其中
咖
"。'為焦點處光斑半徑，A為波長，f為透鏡焦距，"為光束在透鏡上的光斑半徑)
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，當激光切割 機上安裝切割頭的橫梁作X向運動，同時Z軸系統(tǒng)作Y向運動時，切割頭在X0Y平面作任意 曲線運動，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行 擴束處理，擴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)近端和遠端聚焦前光 束尺寸接近一致； 二是在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸，它與控制噴嘴到材料表面距離的 Z軸是兩個相互獨立的部分；當機床工作臺移動或光軸移動時，光束從近端到遠端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 使焦點光斑直徑變大時，自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點光斑直徑變小。
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，又能改變切割光斑面積的數(shù)控激光切割機的 光程調(diào)整裝置。 本發(fā)明的技術(shù)方案是包括激光發(fā)生器、利用透鏡在工件表面形成切割激光光斑 的切割頭、連接激光發(fā)生器與切割頭的傳導(dǎo)光路、橫梁導(dǎo)軌以及控制器，它還設(shè)有等光程裝 置以及等光程裝置的長度補償裝置；等光程裝置包括由伺服電機驅(qū)動的小車、設(shè)置在小車 上的至少一個補償反射鏡，伺服電機連接控制器，補償反射鏡迂折地設(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；等光程長度補償裝置包括小車行走路 徑上的長度大于橫梁導(dǎo)軌的軌道。 所述的小車行走路徑上的軌道采用橫梁導(dǎo)軌；橫梁導(dǎo)軌末端設(shè)有加長導(dǎo)軌，所述 的加長導(dǎo)軌與橫梁導(dǎo)軌無斷點連接且橫截面一致；所述的小車與橫梁導(dǎo)軌、加長導(dǎo)軌相連。
所述的小車行走路徑上的軌道為與橫梁導(dǎo)軌平行的小車軌道。
所述的小車同時與小車軌道、帶有加長導(dǎo)軌的橫梁導(dǎo)軌相連。 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改變初始位置從而通 過改變光路長度進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，當切割頭位置移動時，補償 由移動而造成的相對于切割頭原點(O，O)光路長度的變化；進而實現(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)點間任一點時，由激光發(fā)生器到切 割頭的光路長度都一致。 當有不同加工需要時，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。等光程 裝置的運行長度會大于機身長度，因此，本發(fā)明延長了等光程裝置的運行路徑，以確保對光 程的補償。


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是補償反射鏡一，8是補償反射鏡二，9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，14是板料，15是激光發(fā)生器，16是加長導(dǎo)軌。
具體實施例方式
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、橫梁導(dǎo)軌12以及控制器，它還設(shè)有 等光程裝置以及等光程裝置的長度補償裝置；等光程裝置包括由伺服電機驅(qū)動的小車9、 設(shè)置在小車9上的至少一個補償反射鏡，伺服電機連接控制器，補償反射鏡迂折地設(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5、接收反射鏡4;等光程長度補償裝 置包括小車9行走路徑上的長度大于橫梁導(dǎo)軌12的軌道?？刂破髦邪ù鎯τ懈鶕?jù)加工要求指令等光程裝置運動從而通過改變光路長度進而改變切割光斑面積的程序的存儲器。
小車行走路徑上的軌道有三種實施方式，一是直接采用橫梁導(dǎo)軌12 ;橫梁導(dǎo)軌12 末端設(shè)有加長導(dǎo)軌16，加長導(dǎo)軌16與橫梁導(dǎo)軌12無斷點連接且橫截面一致；小車9與橫 梁導(dǎo)軌12、加長導(dǎo)軌16相連。 二是小車行走路徑上的軌道為與橫梁導(dǎo)軌12平行的小車軌道11。
三是小車9同時與小車軌道11、帶有加長導(dǎo)軌16的橫梁導(dǎo)軌12相連。
本發(fā)明工作時，在原點(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 中粗實線所示)的長度為L。加工中，橫梁1在X方向運動，橫梁1上的Z軸部件3在Y方 向運動，行至板料14上的P(X，Y)點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；當切割頭2在XOY平面作任意曲線運動時，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方向的運動實現(xiàn)了原點與P點之間光路長度的補償。
權(quán)利要求
一種數(shù)控激光切割機的光程調(diào)整裝置，包括激光發(fā)生器、利用透鏡在工件表面形成切割激光光斑的切割頭、連接激光發(fā)生器與切割頭的傳導(dǎo)光路、橫梁導(dǎo)軌以及控制器，其特征在于，它還設(shè)有等光程裝置以及等光程裝置的長度補償裝置；等光程裝置包括由伺服電機驅(qū)動的小車、設(shè)置在小車上的至少一個補償反射鏡，伺服電機連接控制器，補償反射鏡迂折地設(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；等光程長度補償裝置包括小車行走路徑上的長度大于橫梁導(dǎo)軌的軌道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控激光切割機的光程調(diào)整裝置，其特征在于，所述的 小車行走路徑上的軌道采用橫梁導(dǎo)軌；橫梁導(dǎo)軌末端設(shè)有加長導(dǎo)軌，所述的加長導(dǎo)軌與橫 梁導(dǎo)軌無斷點連接且橫截面一致；所述的小車與橫梁導(dǎo)軌、加長導(dǎo)軌相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控激光切割機的光程調(diào)整裝置，其特征在于，所述的 小車行走路徑上的軌道為與橫梁導(dǎo)軌平行的小車軌道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種數(shù)控激光切割機的光程調(diào)整裝置，其特征在于，所述的 小車同時與小車軌道、帶有加長導(dǎo)軌的橫梁導(dǎo)軌相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種數(shù)控激光切割機的光程調(diào)整裝置，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改變初始位置從而通過改變光 路長度進而改變切割光斑面積的程序的存儲器。
全文摘要
一種數(shù)控激光切割機的光程調(diào)整裝置。涉及數(shù)控激光切割機。包括激光發(fā)生器、利用透鏡在工件表面形成切割激光光斑的切割頭、連接激光發(fā)生器與切割頭的傳導(dǎo)光路、橫梁導(dǎo)軌以及控制器，其特征在于，它還設(shè)有等光程裝置以及等光程裝置的長度補償裝置；等光程裝置包括由伺服電機驅(qū)動的小車、設(shè)置在小車上的至少一個補償反射鏡，伺服電機連接控制器，補償反射鏡迂折地設(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；等光程長度補償裝置包括小車行走路徑上的長度大于橫梁導(dǎo)軌的軌道。本發(fā)明能使切割頭在(0，0)～(a，b)點間任一點時，由激光發(fā)生器到切割頭的光路長度都一致。
文檔編號B23K26/08GK101722369SQ20081019559
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:江蘇揚力數(shù)控機床有限公司