專利名稱：一種手持式激光切割的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種手持式激光切割的方法。
背景技術(shù)：
激光切割已經(jīng)很普遍，激光切割可以用于切割銅、鋼、鋁合金等金屬材料，也可以 切割塑料、陶瓷等非金屬材料；可以在空氣中進(jìn)行切割，也可以在真空中或惰性氣體的保護(hù) 室里進(jìn)行切割；可以對能直接接觸到的物體進(jìn)行切割，也可以對不能直接接觸到的、處于密 封腔內(nèi)的物體進(jìn)行切割?？梢郧懈畲笮筒考部梢杂脕砬懈顦O小的零部件。可以直接進(jìn) 行切割，也可以在一些特定氣體的輔助下進(jìn)行切割。又由于激光切割通常具有許多其它傳 統(tǒng)切割方法所無法比擬的優(yōu)越性，如激光切割時，其熱影響區(qū)小，切割后的表面光滑平整等 優(yōu)點。這使得激光切割有著廣闊的應(yīng)用范圍。目前的激光切割有各種各樣。但是，目前的激光切割裝置都是針對工作臺上的待 切割件，還不能對處于工作臺之外的工件進(jìn)行切割。在實際中，我們常常需要對處于墻壁、 屋頂或某些設(shè)備上等不能拿下來到工作臺面的零部件進(jìn)行切割。這種切割需求，目前市面 上的激光切割裝置是無能為力的。針對目前激光切割技術(shù)中存在的這種不足，本發(fā)明設(shè)計一種新型的、手持式的激 光切割方法及裝置，可以對處于墻壁、屋頂或某些設(shè)備上等不能拿下來到工作臺面的零部 件進(jìn)行激光切割。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種手持式激光切割的方法，將Nd:YAG激光器或光纖激光 器發(fā)出的激光束，通過光纖柔性傳輸?shù)绞殖质郊す馇懈铑^里，可以對處于墻壁、屋頂或某些 設(shè)備上等不能拿下來到工作臺面的零部件進(jìn)行激光切割。這個激光切割方法除了具有普通 激光切割的特點外，還具有很多優(yōu)點，如切割所能達(dá)到的空間和角度大，能切割處于墻壁、 屋頂或某些設(shè)備上等不能拿下來到工作臺面的零部件，切割的激光頭輕巧，可以手持進(jìn)行 切割等優(yōu)點。本發(fā)明在用手持式激光切割裝置切割的過程中，握在手里的手持式激光切割頭發(fā) 出的激光束要聚焦于待切割零部件的相關(guān)部位；切割過程中采用指示紅光進(jìn)行空間定位的 方式；手持式激光切割頭除要輸出由Nd:YAG激光器或光纖激光器產(chǎn)生的激光束外，還要輸 出兩束指示紅光，這兩束指示紅光正好在輸出的切割用激光束的焦平面中心處會合相交， 在其它任何位置不相交；用這兩束能會合相交于一點的指示紅光來指示切割。所述的手持式激光切割裝置，由光纖、光纖耦合器、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、切割頭、調(diào)整螺 釘、全反鏡、透鏡、組合開關(guān)、可見光激光器、手柄、半透半反鏡、保護(hù)鏡片、電纜、激光器組 成，激光器與光纖、電纜連接，電纜與組合開關(guān)連接，光纖與光纖耦合器連接，光纖耦合器與 切割頭連接，在切割頭里裝有擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡和帶調(diào)整螺釘?shù)娜寸R、透鏡、可見光激光器、半 透半反鏡，切割頭前裝有保護(hù)鏡片，切割頭下面裝有手柄，還配備了可移動的刻度尺。
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所述的組合開關(guān)是3個開關(guān)的連接線紐合在一起。本發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點和效果本發(fā)明可以對處于墻壁、屋頂或某些設(shè)備上等不能拿下來到工作臺面的零部件進(jìn) 行激光切割。這種激光切割方法除了具有普通激光切割的特點外，還具有很多優(yōu)點，如切割 所能達(dá)到的空間和角度大，能切割處于墻壁上或屋頂上等不能拿到工作臺面的零部件，切 割用的激光頭輕巧，可以手持進(jìn)行切割等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式附圖1中，在由Nd:YAG激光器或光纖激光器(等能用光纖傳輸激光束的激光器) 構(gòu)成的切割裝置的主體25中輸出的激光束通過光纖1傳輸?shù)绞殖质郊す馇懈铑^5的光纖 耦合器2，經(jīng)過光纖耦合器2耦合后的激光束3再經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡4，然后經(jīng)聚焦透鏡9聚 焦后會聚于透鏡焦平面的待切割點22。手持式激光切割的過程中，為了很好的對準(zhǔn)待切割部位22，用可見光18作為指示 激光束。由可見光激光器11發(fā)出的指示激光束經(jīng)過半透半反鏡17后，透射后的一部分激 光束18與擴(kuò)束后用于切割的激光束20平行，經(jīng)過透鏡9后到達(dá)待切割部位22 ；經(jīng)過半透 半反鏡17反射后的激光束19再經(jīng)過全反鏡7后，獲得與切割激光束20基本平行的指示 激光束8，再經(jīng)過透鏡9后到達(dá)待切割部位22。全反鏡7上配備可調(diào)整的螺釘6，用于調(diào)整 反射后指示激光束8的方向。如果用于指示的可見光激光束18(或激光束8)和用于切割 的激光束3 (或激光束20)的波長差不多，則調(diào)整全反鏡7的方位，使反射后的指示激光束 8以及經(jīng)過半透半反鏡的指示激光束18平行于用于切割的激光束20，則兩束指示激光束8 和18經(jīng)過透鏡9后的會聚點就是22，和切割激光束20的焦點一致。但是，由于指示激光 束8 (或激光束18)和切割用激光束20的波長的差異，必然存在色差，使得兩束指示激光束 的會聚點和切割用激光束20的焦點有一點點差異。所以，可以通過調(diào)整螺釘6調(diào)整全反鏡 7的方位，使兩束指示激光束在透鏡9后的會聚點與切割用激光束的焦點重合，以便對后續(xù) 切割進(jìn)行指示。為了定位的方便，還配備了可移動的刻度尺21，可以通過調(diào)節(jié)刻度尺伸出部分的 長度，來指示切割用激光束20的焦平面位置。手持式激光切割頭上還有用于手持的手柄15，用于單次切割的按鈕開關(guān)16，用于 可見光指示激光器電源的開關(guān)12，總電源開關(guān)13，開關(guān)12、13、16的連接線14紐合在一起 為10，再通過電纜24和光纖1 一起并行傳輸一定距離連接到激光器25。為了防止切割過程中金屬殘渣對聚焦透鏡9的損壞，在聚焦透鏡的外面設(shè)置保護(hù) 鏡片23。具體的實施方式可結(jié)合附圖1描述如下。由Nd:YAG激光器或光纖激光器(等能用光纖傳輸激光束的激光器)構(gòu)成的切割 裝置的主體25輸出的激光束經(jīng)過光纖1的遠(yuǎn)距離柔性傳輸后，到手持式激光切割頭5的光 纖耦合部件2，經(jīng)耦合輸出后的激光束3進(jìn)入擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡4，擴(kuò)束準(zhǔn)直后的激光束20再由聚
4焦透鏡9聚焦于焦點22處。整個系統(tǒng)的控制信號、可見光指示激光器的電源及控制信號等 都由Nd:YAG激光器或光纖激光器(等能用光纖傳輸激光束的激光器)構(gòu)成的切割裝置的 主體25輸出，經(jīng)過電纜24、10傳給手持式激光切割頭5的手柄15里面進(jìn)行處理。切割時，先打開總電源開關(guān)13和可見光指示激光器電源的開關(guān)12，通過移動刻度 尺21、可見光指示激光器11發(fā)出的可見指示光，將待切割部位對準(zhǔn)于焦點22處，然后按動 激光輸出按鈕16，用預(yù)先在切割裝置的主體25上設(shè)置好的參數(shù)，進(jìn)行切割。指示激光器11發(fā)出的指示用可見光經(jīng)過半透半反鏡17分束后再經(jīng)過聚焦透鏡9 后會聚，通過調(diào)整螺釘6使其在焦點22處會合，用于指示切割用的不可見激光束。通常，當(dāng)聚焦透鏡9的焦距一定時，焦點22的位置是一定的。所以，一套手持式激 光切割設(shè)備在出廠前可以先調(diào)整螺釘6，使指示激光器11發(fā)出的指示用可見光經(jīng)過半透半 反鏡17分束后再經(jīng)過聚焦透鏡9后會聚在焦點22處。之所以設(shè)置可微調(diào)的調(diào)整螺釘6，是 由于與激光束20平行的兩束調(diào)整光8和18經(jīng)過透鏡9后的會聚點與激光束20經(jīng)過透鏡9 后的會聚點不完全重合，這是由于色差所引起的。譬如，如果激光束20的波長為l.Oeym， 兩束調(diào)整光8和18的波長為0. 6328 u m (氦氖激光器發(fā)出的紅色指示光)，透鏡9的焦距為 100mm的話，則由于色差所引起的差異大概在1 2mm，所以，通過可調(diào)節(jié)的調(diào)整螺釘6的微 調(diào)即可?？梢娭甘炯す馄饕部梢匝b在切割裝置的主體25中，然后通過光纖傳輸變換后再 作指示光。也可以通過其他方式指示切割用激光束20聚焦后的焦點位置。為了減輕手持式切割激光頭的重量，將用于調(diào)整激光束參數(shù)的控制面板等安放到 切割裝置的主體25 —起。不考慮增加手持式切割激光頭的重量的前提下，也可以將用于調(diào) 整激光束參數(shù)的控制面板等安放在手持式切割激光頭上，或者另加一個與手持式激光切割 頭并聯(lián)的控制部件。利用以上裝置，選用10 300w脈沖或連續(xù)光纖激光器或Nd:YAG激光器，在氧氣 的輔助下(鈦及其合金的切割通常用氬氣輔助)，用聚焦透鏡對激光束進(jìn)行聚焦?？梢詫?度在5mm以下的不銹鋼、銅、鋁及鋁合金等材料進(jìn)行切割。切割時所用輔助氣體氧氣的壓力為8bar左右。切割時的切割速度根據(jù)切割材料 厚度和激光功率的不同選擇在0. 1 9m/min之間。如用100w的SPI光纖激光器，在8bar壓力氧氣的輔助下，用焦距為50mm的聚焦 透鏡對激光束進(jìn)行聚焦，可以分別對厚度為0. 5mm、0. 2mm、0. 1mm的304不銹鋼板進(jìn)行切割， 切割時的速度分別為30mm/s、100mm/s、150mm/s。用100w的SPI光纖激光器，在8bar壓力 氧氣的輔助下，用焦距為50mm的聚焦透鏡對激光束進(jìn)行聚焦，可以分別對厚度為0. 1mm的 黃銅、0. 5mm的低碳鋼、0. 75mm的單硅進(jìn)行切割，其切割速度分別可以達(dá)到30mm/S、40mm/S、 2mm/s。用100w的SPI光纖激光器，在氬氣的輔助下，可以將厚度為0. 6mm的318鈦合金 進(jìn)行切割，切割速度可以達(dá)到20mm/s。
權(quán)利要求
一種手持式激光切割的方法，其特征是在用手持式激光切割裝置切割的過程中，握在手里的手持式激光切割頭發(fā)出的激光束要聚焦于待切割零部件的相關(guān)部位；切割過程中采用指示紅光進(jìn)行空間定位的方式；手持式激光切割頭除要輸出由Nd:YAG激光器或光纖激光器產(chǎn)生的激光束外，還要輸出兩束指示紅光，這兩束指示紅光正好在輸出的切割用激光束的焦平面中心處會合相交，在其它任何位置不相交；用這兩束能會合相交于一點的指示紅光來指示切割。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式激光切割的方法，其特征是手持式激光切割裝置由由光 纖、光纖耦合器、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、切割頭、調(diào)整螺釘、全反鏡、透鏡、組合開關(guān)、可見光激光器、手 柄、半透半反鏡、保護(hù)鏡片、電纜、激光器組成，其特征是激光器(25)與光纖(1)、電纜(24) 連接，電纜(24)與(10)連接，光纖⑴與光纖耦合器(2)連接，光纖耦合器(2)與切割頭 (5)連接，在切割頭(5)里裝有擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(4)和帶調(diào)整螺釘(6)的全反鏡(7)、透鏡(9)、 可見光激光器(11)、半透半反鏡(17)，切割頭(5)前裝有保護(hù)鏡片(23)，切割頭(5)下面裝 有手柄(15)，還配備了可移動刻度尺(21)。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的手持式激光切割方法及其裝置，其特征是所述的(10)是開關(guān) (12)、開關(guān)(13)、開關(guān)(16)的連接線(14)紐合在一起。
全文摘要
一種手持式激光切割的方法，在用手持式激光切割裝置切割的過程中，握在手里的手持式激光切割頭發(fā)出的激光束要聚焦于待切割零部件的相關(guān)部位；切割過程中采用指示紅光進(jìn)行空間定位的方式；手持式激光切割頭除要輸出由Nd:YAG激光器或光纖激光器產(chǎn)生的激光束外，還要輸出兩束指示紅光，這兩束指示紅光正好在輸出的切割用激光束的焦平面中心處會合相交，在其它任何位置不相交；用這兩束能會合相交于一點的指示紅光來指示切割。
文檔編號B23K26/38GK101862911SQ20101012653
公開日2010年10月20日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者安芬菊, 師文慶 申請人:廣東海洋大學(xué)