專利名稱：一種等光程固體激光切割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光切割裝置，尤其涉及一種等光程固體激光切割機(jī)。
背景技術(shù)：
激光切割相對于其他的切割方法而言，具有切割速度快，生產(chǎn)效率高，熱變形小，切邊光滑，無后期處理工序等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為主要的金屬板材加工手段。目前激光切割機(jī)的激光光源以高功率(千瓦級以上)CO2氣體激光器為主流，但其高昂的價格和居高不下的使用成本限制了其大面積的推廣和使用。固體激光器由于其相對較低的制造成本，較短的易于被金屬材料吸收的激光波長，開始逐漸受到市場的青睞。但如何實(shí)現(xiàn)固體激光器與機(jī)械系統(tǒng)等的有機(jī)結(jié)合，最大限度地發(fā)揮出固體激光切割機(jī)的優(yōu)勢，一直是固體激光切割機(jī)亟待解決的一個重要問題。中國專利(申請?zhí)?00520114855. 3，名稱大功率固體激光平面切割機(jī))發(fā)明了一套激光切割頭隨動系統(tǒng)，解決了激光切割頭隨被加工金屬表面不平整而自動調(diào)整距離從而自動聚焦的問題，但是并未涉及到固體激光器本身的優(yōu)化及其與機(jī)械系統(tǒng)的組合優(yōu)化。而中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00710171307. 8，名稱大臺面數(shù)控激光切割機(jī))發(fā)明了一種將高性能飛行光路懸臂式激光切割機(jī)與大臺面龍門機(jī)載式切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)相疊加的復(fù)合結(jié)構(gòu)，但其采用的是精度較差的齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)，并且激光光程不是恒定的，降低了加工的精度。中國專利(申請?zhí)?00720198671. 9，名稱龍門式數(shù)控激光切割機(jī))所涉及的是龍門架的布局及傳動機(jī)構(gòu)的安裝問題，雖然其減輕了電機(jī)的負(fù)載，但其將滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)置于離機(jī)座較高的一個龍門式框架上，整個運(yùn)動部件的重心偏高，不利于機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性。中國專利(申請?zhí)?01020137598. 6，名稱大幅面固體激光切割機(jī))提出了一種以高峰值功率的長脈沖固體激光器作為光源，半飛行光路結(jié)構(gòu)和簡單方便的聚焦鏡隨動結(jié)構(gòu)相結(jié)合的激光切割機(jī)，其缺點(diǎn)是所采用的雙棒串聯(lián)、長脈沖固體激光器需要對激光晶體進(jìn)行嚴(yán)格的篩選后兩兩配對，以保證它們熱焦距的一致性；另外其半飛行光路結(jié)構(gòu)使得激光切割頭在機(jī)床的不同位置時從激光器的輸出耦合鏡到被加工材料的光程是不相等的，從而保證不了切割的精度和一致性。如何提高固體激光切割機(jī)的光源質(zhì)量，如何優(yōu)化機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以及如何將兩者有機(jī)地結(jié)合起來將固體激光切割機(jī)的優(yōu)勢最大限度地發(fā)揮出來，已經(jīng)成為固體激光切割機(jī)領(lǐng)域的一個重要課題。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的等光程固體激光切割機(jī)；與高功率CO2激光切割機(jī)需要在光路上額外加入元器件來實(shí)現(xiàn)等光程技術(shù)相比，本實(shí)用新型的等光程技術(shù)簡便實(shí)用，占用空間較小，實(shí)現(xiàn)了激光器與機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī)，包括機(jī)座、載料臺、龍門架、激光器、激光切割頭、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)、X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)、控制臺和激光冷卻系統(tǒng)，，所述機(jī)座的頂部設(shè)有載料臺，載料臺可以拆卸，其大小也可以根據(jù)加工材料的尺寸進(jìn)行調(diào)整，機(jī)座的前后側(cè)面設(shè)有相互對稱的控制臺和激光冷卻系統(tǒng)，載料臺的頂部設(shè)有龍門架，龍門架底部的兩端設(shè)置在Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)上，Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)座上，龍門架的頂部設(shè)有X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)，X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)上設(shè)有激光器，激光器的前端設(shè)有激光切割頭，激光切割頭上設(shè)有聚焦光學(xué)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī)，所述激光器輸出激光的傳輸方向與龍門架的走向相互垂直，使得無論激光切割頭移動到機(jī)座的任何地方，從激光器的輸出耦合鏡到被加工材料的光程始終是恒定的，這樣的設(shè)計保證了經(jīng)過聚焦光學(xué)系統(tǒng)聚焦后作用到被切割材料上的光斑大小始終一致，從而保證了切割的精度和一致性。本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī)，所述激光器包括由第一泵浦燈和第一激光晶體構(gòu)成的第一泵浦模塊，以及第二泵浦燈和第二激光晶體構(gòu)成的第二泵浦模塊，第一激光晶體的左側(cè)設(shè)有熱焦距補(bǔ)償透鏡，熱焦距補(bǔ)償透鏡的左側(cè)設(shè)有全反鏡，第二激光晶體的右端設(shè)有輸出耦合鏡。本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī)，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)與激光器的輸出耦合鏡 之間設(shè)有光束全反射鏡，輸出耦合鏡發(fā)出的激光束經(jīng)過光束全反射鏡反射進(jìn)入聚焦光學(xué)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī)，所述兩個激光晶體之間的中心距離為第二激光晶體平均有效熱焦距的2-4倍，第二激光晶體的中心與輸出耦合鏡之間的距離為第二激光晶體平均有效熱焦距的1-2倍，將熱焦距補(bǔ)償透鏡與第一激光晶體看作一個整體，這個整體的中心與全反鏡之間的距離為第二激光晶體平均有效熱焦距的1-2倍，激光諧振腔采用平平腔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果為本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī)采用單燈泵浦單棒的泵浦模塊串接技術(shù)與透鏡補(bǔ)償熱焦距技術(shù)相結(jié)合，獲得了最大平均功率550W的高質(zhì)量激光輸出，所輸出激光的光束參數(shù)乘積達(dá)到了 20mm mrad，如此高的光束質(zhì)量使得激光光束在進(jìn)入聚焦光學(xué)系統(tǒng)之前不需要經(jīng)過擴(kuò)束等技術(shù)來減小光束的發(fā)散角即可作為切割的光源。

圖I是本實(shí)用新型所述的一種等光程固體激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型所述的一種等光程固體激光切割機(jī)中激光器的工作原理框圖；圖3是本實(shí)用新型所述的一種等光程固體激光切割機(jī)中輸出耦合鏡之后的光束傳輸不意圖。圖中I、機(jī)座；2、載料臺；3、控制臺；4、激光冷卻系統(tǒng)；5、龍門架；6、Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)；7、X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)；8、激光器；81、第一泵浦燈；82、第二泵浦燈；83、第一激光晶體；84、第二激光晶體；85、熱焦距補(bǔ)償透鏡；86、全反鏡；87、輸出耦合鏡；9、激光切割頭；
10、聚焦光學(xué)系統(tǒng)；11、光束全反射鏡。
具體實(shí)施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。如圖1-3所示，一種等光程固體激光切割機(jī)，所述機(jī)座I的頂部設(shè)有載料臺2，機(jī)座I的前后側(cè)面設(shè)有相互對稱的控制臺3和激光冷卻系統(tǒng)4，載料臺2的頂部設(shè)有龍門架5，龍門架5底部的兩端設(shè)置在Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)6上，Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)6設(shè)置在機(jī)座I上，龍門架5的頂部設(shè)有X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)7，X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)7上設(shè)有激光器8,激光器8的前端設(shè)有激光切割頭9,激光切割頭9上設(shè)有聚焦光學(xué)系統(tǒng)10。本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī)，所述激光器包括由第一泵浦燈和第一激光晶體構(gòu)成的第一泵浦模塊，以及第二泵浦燈和第二激光晶體構(gòu)成的第二泵浦模塊，第一激光晶體的左側(cè)設(shè)有熱焦距補(bǔ)償透鏡，熱焦距補(bǔ)償透鏡的左側(cè)設(shè)有全反鏡，第二激光晶體的右端設(shè)有輸出耦合鏡。本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī),所述第一激光晶體尺寸為4>6mmX 135mm及第二激光晶體尺寸為7_X 135mm時,在最大泵浦功率為13kW的情況下,測得第二激光晶體的平均有效熱焦距為195mm，將兩個激光晶體之間的中心距離設(shè)為第二激光晶體平均有效熱焦距的3倍，即585mm，將第二激光晶體的中心與輸出耦合鏡之間的距離設(shè)為第二激光晶體平均有效熱焦距的I. 5倍，即292. 5mm，將熱焦距補(bǔ)償透鏡與第一激光晶體看作一個整體，這個整體的中心與全反鏡之間的距離設(shè)為第二激光晶體平均有效熱焦距的I. 5倍，則熱焦距補(bǔ)償透鏡85與全反鏡86之間的距離設(shè)為74mm，熱焦距補(bǔ)償透鏡85與第一激光晶體83中心之間的距離設(shè)為369. 5mm ;如上設(shè)置，所述的激光器8獲得了高光束質(zhì)量高功率的激光輸出，光束參數(shù)乘積達(dá)到了 20mm mrad，最大平均激光功率達(dá)到了 550W。如此高的光束質(zhì)量和激光能量，加上前述的經(jīng)過優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)，極大地提升了固體激光切割機(jī)的綜合性能。本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī)，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)10與激光器8的輸出耦合鏡87之間設(shè)有光束全反射鏡11，輸出耦合鏡87發(fā)出的激光束經(jīng)過光束全反射鏡11反射進(jìn)入聚焦光學(xué)系統(tǒng)10。本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī)具體工作時，激光器8分別通過X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)7和Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)6沿X軸和Y軸移動，由于激光器8和激光切割頭9始終是一起運(yùn)動，激光的傳輸方向與龍門架5的走向相互垂直，使得無論激光切割頭9移動到機(jī)座I的任何地方從激光器8的輸出耦合鏡87到被加工材料的光程始終是恒定的，這樣，無論激光切割頭9如何移動，激光能量不會衰減，切割出來的產(chǎn)品也能保致尺寸精度的一致性；載料臺2位于機(jī)床機(jī)座I之上，并可以拆卸；載料臺2的大小還可以根據(jù)加工材料的尺寸來進(jìn)行調(diào)整，滿足了對尺寸大小不同的材料的加工需求，靈活便捷。本實(shí)用新型的等光程固體激光切割機(jī)控制臺中的激光電源點(diǎn)亮兩個泵浦燈，泵浦燈的光能使激光晶體下能級的粒子抽運(yùn)到上能級，在上能級和下能級之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)布居，形成受激輻射，受激輻射的能量經(jīng)過諧振腔的放大，獲得激光輸出，輸出的激光經(jīng)過一次反射后直接進(jìn)入聚焦光學(xué)系統(tǒng)，聚焦后的光斑直接作用到被切割的材料上；控制臺根據(jù)所切割圖形的情況，控制激光器、激光切割頭、龍門架三者的合理運(yùn)動，同時產(chǎn)生觸發(fā)信號控制激光電源的通斷，從而沿切割圖形切出所需要的產(chǎn)品。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和 變型也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種等光程固體激光切割機(jī)，包括機(jī)座(I)、載料臺⑵、龍門架(5)、激光器⑶、激光切割頭(9)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)(10)、Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)(6)、X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)(7)、控制臺(3)和激光冷卻系統(tǒng)(4)，其特征在于所述機(jī)座(I)的頂部設(shè)有載料臺(2)，載料臺可以拆卸，其大小也可以根據(jù)加工材料的尺寸進(jìn)行調(diào)整，機(jī)座(I)的前后側(cè)面設(shè)有相互對稱的控制臺(3)和激光冷卻系統(tǒng)(4)，載料臺(2)的頂部設(shè)有龍門架(5)，龍門架(5)底部的兩端設(shè)置在Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)(6)上，Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)(6)設(shè)置在機(jī)座(I)上，龍門架(5)的頂部設(shè)有X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)(7)，X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)(7)上設(shè)有激光器(8)，激光器(8)的前端設(shè)有激光切割頭(9)，激光切割頭(9)上設(shè)有聚焦光學(xué)系統(tǒng)(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等光程固體激光切割機(jī)，其特征在于激光的傳輸方向與龍門架的走向相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等光程固體激光切割機(jī)，其特征在于所述激光器(8)包括由第一泵浦燈(81)和第一激光晶體(83)構(gòu)成的第一泵浦模塊，以及第二泵浦燈(82)和第二激光晶體(84)構(gòu)成的第二泵浦模塊，第一激光晶體(83)的左側(cè)設(shè)有熱焦距補(bǔ)償透鏡(85)，熱焦距補(bǔ)償透鏡(85)的左側(cè)設(shè)有全反鏡(86)，第二激光晶體(84)的右端設(shè)有輸出耦合鏡(87)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的等光程固體激光切割機(jī)，其特征在于所述激光器中兩個激光晶體之間的中心距離為第二激光晶體平均有效熱焦距的2-4倍，第二激光晶體(84)的中心與輸出耦合鏡(87)之間的距離為第二激光晶體平均有效熱焦距的1-2倍，將熱焦距補(bǔ)償透鏡(85)與第一激光晶體(83)看作一個整體，這個整體的中心與全反鏡(86)之間的距離為第二激光晶體平均有效熱焦距的1-2倍，激光諧振腔采用平平腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等光程固體激光切割機(jī)，其特征在于所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)(10)與激光器(8)的輸出I禹合鏡(87)之間設(shè)有光束全反射鏡(11)，輸出I禹合鏡(87)發(fā)出的激光束經(jīng)過光束全反射鏡(11)反射進(jìn)入聚焦光學(xué)系統(tǒng)(10)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種等光程固體激光切割機(jī)，以機(jī)座為基礎(chǔ)，機(jī)座的頂部設(shè)有載料臺，機(jī)座的前后側(cè)面設(shè)有相互對稱的控制臺和激光冷卻系統(tǒng)，載料臺的頂部設(shè)有龍門架，龍門架底部的兩端設(shè)置在Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)上，Y軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)座上，龍門架的頂部設(shè)有X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)，X軸滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)上設(shè)有與龍門架相互垂直的激光器，激光器的前端設(shè)有激光切割頭，激光切割頭上設(shè)有聚焦光學(xué)系統(tǒng)。本實(shí)用新型所搭載的固體激光器采用泵浦模塊串接與透鏡補(bǔ)償熱焦距技術(shù)相結(jié)合，獲得了高質(zhì)量激光輸出，輸出激光的光束參數(shù)乘積達(dá)到了20mm·mrad，使得激光光束在進(jìn)入聚焦光學(xué)系統(tǒng)之前不需要經(jīng)過擴(kuò)束等技術(shù)來減小光束的發(fā)散角即可作為切割的光源。
文檔編號B23K26/38GK202461806SQ20112047093
公開日2012年10月3日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者周曉娟, 徐志華 申請人:周曉娟, 徐志華