本發(fā)明涉及一種激光加工裝置，具體涉及一種光纖激光切割機用自動調(diào)焦切割頭，本發(fā)明還涉及一種光纖激光切割機用自動調(diào)焦切割頭控制方法。

背景技術：

激光切割機在工業(yè)中應用越來越廣。激光切割過程包含穿孔和切割過程，在進行穿孔時，無論是碳鋼或者是不銹鋼，當焦點位于材料表面或者材料表面以下時，穿孔的效率較高，但是對于切割來言，碳鋼和不銹鋼是不一樣的。當切割切割不同厚度的材料，焦點距板材表面的深度不同，需根據(jù)板材種類和厚度及時調(diào)整。

僅就穿孔過程，對厚板而言，最佳穿孔方案為焦點位置從始至終在變化，以實現(xiàn)最高效穿孔。

在厚板的穿孔過程中，最易出現(xiàn)爆孔，即孔未打穿而熔渣四濺，此時必須停止動作，從頭開始穿孔。穿孔是否完成需要進行判斷，判斷為穿孔完成后即刻進入切割過程。

常規(guī)切割頭，針對不同材質、不同厚度的切割板材，需要人工調(diào)整焦點高度，不能實現(xiàn)穿孔過程中的焦點實時變化，人工設定固定的穿孔時間，人工觀察是否有爆孔現(xiàn)象，造成整個過程多次人工干預，無法實現(xiàn)智能控制，無法實現(xiàn)高質量和高效率的切割。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種一種光纖激光切割機用自動調(diào)焦切割頭，實現(xiàn)從穿孔到切割完成的切割全過程焦點及穿孔時間自動控制，無需手工干預，極大提高切割效率和自動化水品，具有極佳的市場前 景。本發(fā)明的目的還提供一種光纖激光切割機用自動調(diào)焦切割頭控制方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明有如下技術方案：

本發(fā)明的一種光纖激光切割機用自動調(diào)焦切割頭，包括切割頭主體、聚焦鏡抽屜、保護鏡片抽屜、反射鏡片、CNC，所述聚焦鏡抽屜位于保護鏡片抽屜之上，保護鏡片抽屜位于切割頭主體上方，還包括：

穿孔檢測單元，實現(xiàn)可控的快速穿孔、穿孔完成后立即開始切割，無等待時間，監(jiān)控穿孔過程中的爆孔狀態(tài)并作出穿孔激光功率智能調(diào)整。同時具有聚焦鏡片溫度檢測功能，實時監(jiān)控溫度，保證無人的干預的穩(wěn)定切割；

自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)，通過CNC參數(shù)或數(shù)據(jù)庫控制焦點位置，切割不同板材或切割不同階段，使穿孔、切割時始終控制最佳焦點位置，過程無需人工干預；

所述反射鏡片位于自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)與穿孔檢測單元之間，穿孔檢測單元位于聚焦鏡抽屜之上，所述所述CNC分別與自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)、穿孔檢測單元電連接。

其中，所述穿孔檢測單元包括前置放大器、穿孔檢測傳感器、爆孔檢測傳感器、溫度檢測傳感器，所述前置放大器分別與穿孔檢測傳感器、爆孔檢測傳感器、溫度檢測傳感器連接，CNC與前置放大器連接，所述穿孔檢測傳感器在穿孔過程中，光在材料表面形成反射，位于切割頭內(nèi)的光敏傳感器檢測這個反饋的光的強弱，并產(chǎn)生電信號，根據(jù)這個電信號來控制穿孔功率的大小、判斷是否即將出現(xiàn)爆孔現(xiàn)象需作出穿孔功率調(diào)整，并檢測穿孔是否完成；所述爆孔檢測傳感器感應穿孔過程中的反射光，輸出相應信號至CNC，用以判斷穿孔是否完成和監(jiān)控爆孔狀態(tài)；所述感應聚焦鏡片溫度，并輸出信號至CNC，用以監(jiān)控聚焦鏡片溫度。

其中，所述自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)包括變焦鏡片、比例閥、全反射鏡、 安裝座，變焦鏡片、比例閥、全反射鏡固定在安裝座上，變焦鏡片位于全反射鏡側面，所述CNC與比例閥連接，比例閥與變焦鏡片連接，CNC用以按照數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸出信號控制比例閥輸出氣體壓力值，比例閥用以將CNC控制信號轉變?yōu)檩敵鰵怏w相應壓力值，其輸出氣體連接至變焦鏡片，變焦鏡片依氣體壓力而改變反射面曲率。

其中，所述變焦鏡片為中空結構，反射表面設有專門針對光纖激光器反射光的涂層，變焦鏡片能隨空腔中氣體壓力變化實現(xiàn)反射面曲率變化。

本發(fā)明的一種光纖激光切割機用自動調(diào)焦切割頭控制方法，有以下步驟：

1)激光光路路徑設置為至反射鏡片至自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)至穿孔檢測單元至聚焦鏡抽屜聚焦后至切割用板材；

2)反射鏡片為全反射鏡，反射表面有專門針對光纖激光反射的涂層，實現(xiàn)全反射；激光光束反射呈水平狀態(tài)進入自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)；

3)CNC用以按照數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸出信號控制比例閥輸出氣體壓力值，比例閥用以將CNC控制信號轉變?yōu)檩敵鰵怏w相應壓力值，其輸出氣體連接至變焦鏡片，變焦鏡片依氣體壓力而改變反射面曲率；

4)CNC按照設定，輸出不同的控制信號，比例閥按控制信號輸出對應壓力氣體至變焦鏡片，使變焦鏡片反射面曲率變化，從而實現(xiàn)反射光發(fā)散角調(diào)整；

5)穿孔檢測單元中的光感應元件，感應穿孔過程中的反射光，輸出相應信號至CNC，用以判斷穿孔是否完成和監(jiān)控爆孔狀態(tài)；

6)穿孔檢測單元中的溫度感應元件，感應聚焦鏡片溫度，并輸出信號至CNC，用以監(jiān)控聚焦鏡片溫度；

7)聚焦鏡抽屜用于將從自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)反射的光束聚焦至切 割用板材表面；

8)以上裝置，實現(xiàn)從穿孔到切割完成的切割全過程焦點及穿孔時間自動控制，無需手工干預。

由于采取了以上技術方案，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1穿孔過程焦點位置隨時可調(diào)，同時通過功率調(diào)整，可智能實現(xiàn)最佳穿孔方案，保證高質量和高效率穿孔，過程無需人工干預；

2穿孔過程實時監(jiān)控，杜絕爆孔情況發(fā)生，出現(xiàn)任何異常可實現(xiàn)智能報警直至停機；

3穿孔完成后無需等待時間，即刻進入切割過程，過程無需人工干預，杜絕因穿孔時間設定過短無法完成穿孔或時間設定過長效率低下的現(xiàn)象；

4對應不同材質和厚度的板材，直接調(diào)用切割數(shù)據(jù)庫，無需手工調(diào)整焦點位置。

附圖說明

圖1為本發(fā)明總體結構示意圖；

圖1中：

1、自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)；2、反射鏡片；3、穿孔檢測單元；4、聚焦鏡抽屜；5、保護鏡抽屜；

圖2：本發(fā)明激光光束路徑示意圖；

圖中：2-1、光束；

圖3：穿孔檢測單元結構放大示意圖；

3-1、穿孔檢測傳感器；3-2、爆孔檢測傳感器；3-3、溫度檢測傳感器；

圖4：本發(fā)明聚焦鏡抽屜結構放大示意圖；

4-1、聚焦鏡固定組件；4-2、中心位置調(diào)節(jié)裝置；

圖5：本發(fā)明自動聚焦鏡片系統(tǒng)放大的截面示意圖；

5-1、變焦鏡片；5-2、全反射鏡；5-3、安裝座。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

參見附圖1-5，本發(fā)明的一種光纖激光切割機用自動調(diào)焦切割頭，包括切割頭主體、聚焦鏡抽屜、保護鏡片抽屜、反射鏡片、CNC，所述聚焦鏡抽屜位于保護鏡片抽屜之上，保護鏡片抽屜位于切割頭主體上方，還包括：

穿孔檢測單元，實現(xiàn)可控的快速穿孔、穿孔完成后立即開始切割，無等待時間，監(jiān)控穿孔過程中的爆孔狀態(tài)并作出穿孔激光功率智能調(diào)整。同時具有聚焦鏡片溫度檢測功能，實時監(jiān)控溫度，保證無人的干預的穩(wěn)定切割；

自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)，通過CNC參數(shù)或數(shù)據(jù)庫控制焦點位置，切割不同板材或切割不同階段，使穿孔、切割時始終控制最佳焦點位置，過程無需人工干預；

所述反射鏡片位于自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)與穿孔檢測單元之間，穿孔檢測單元位于聚焦鏡抽屜之上，所述所述CNC分別與自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)、穿孔檢測單元電連接。

其中，所述穿孔檢測單元包括前置放大器、穿孔檢測傳感器、爆孔檢測傳感器、溫度檢測傳感器，所述前置放大器分別與穿孔檢測傳感器、爆孔檢測傳感器、溫度檢測傳感器連接，CNC與前置放大器連接，所述穿孔檢測傳感器在穿孔過程中，光在材料表面形成反射，位于切割頭內(nèi)的光敏傳感器檢測這個反饋的光的強弱，并產(chǎn)生電信號，根據(jù)這個電信號來控制穿孔功率的大小、判斷是否即將出現(xiàn)爆孔現(xiàn)象需作出穿孔功率調(diào)整，并檢測穿孔是否完成；所述爆孔檢測傳感器感應穿孔過程中的反射光，輸出相應信號至CNC，用以判斷穿孔是否完成和監(jiān)控爆孔狀態(tài)；所述感應聚焦鏡片溫度，并輸出信號至CNC，用以監(jiān)控聚焦鏡片溫度。

其中，所述自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)包括變焦鏡片、比例閥、全反射鏡、安裝座，變焦鏡片、比例閥、全反射鏡固定在安裝座上，變焦鏡片位于全反射鏡側面，所述CNC與比例閥連接，比例閥與變焦鏡片連接，CNC用以按照數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸出信號控制比例閥輸出氣體壓力值，比例閥用以將CNC控制信號轉變?yōu)檩敵鰵怏w相應壓力值，其輸出氣體連接至變焦鏡片，變焦鏡片依氣體壓力而改變反射面曲率。

其中，所述變焦鏡片為中空結構，反射表面設有專門針對光纖激光器反射光的涂層，變焦鏡片能隨空腔中氣體壓力變化實現(xiàn)反射面曲率變化。

本發(fā)明的一種光纖激光切割機用自動調(diào)焦切割頭控制方法，有以下步驟：

1)激光光路路徑設置為至反射鏡片至自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)至穿孔檢測單元至聚焦鏡抽屜聚焦后至切割用板材；

2)反射鏡片為全反射鏡，反射表面有專門針對光纖激光反射的涂層，實現(xiàn)全反射；激光光束反射呈水平狀態(tài)進入自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)；

3)CNC用以按照數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸出信號控制比例閥輸出氣體壓力值，比例閥用以將CNC控制信號轉變?yōu)檩敵鰵怏w相應壓力值，其輸出氣體連接至變焦鏡片，變焦鏡片依氣體壓力而改變反射面曲率；

4)CNC按照設定，輸出不同的控制信號，比例閥按控制信號輸出對應壓力氣體至變焦鏡片，使變焦鏡片反射面曲率變化，從而實現(xiàn)反射光發(fā)散角調(diào)整；

5)穿孔檢測單元中的光感應元件，感應穿孔過程中的反射光，輸出相應信號至CNC，用以判斷穿孔是否完成和監(jiān)控爆孔狀態(tài)；

6)穿孔檢測單元中的溫度感應元件，感應聚焦鏡片溫度，并輸出信號至CNC，用以監(jiān)控聚焦鏡片溫度；

7)聚焦鏡抽屜用于將從自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)反射的光束聚焦至切割用板材表面；

8)以上裝置，實現(xiàn)從穿孔到切割完成的切割全過程焦點及穿孔時間自動控制，無需手工干預。

穿孔檢測單元用于激光器穿孔過程的監(jiān)視，這個單元包括分析前置放大器和三個傳感器。其基本的工作機理為：在穿孔過程中(沒有穿透時)，光在材料表面形成反射，位于切割頭內(nèi)的光敏傳感器檢測這個反饋的光的強弱，并產(chǎn)生電信號，根據(jù)這個電信號來控制穿孔功率的大小、判斷是否即將出現(xiàn)爆孔現(xiàn)象需作出穿孔功率調(diào)整，并檢測穿孔是否完成。

控制穿孔功率：在軟件設置中，通過參數(shù)來控制穿孔的基準功率，并在穿孔的過程中，實時監(jiān)測穿孔情況，實時改變穿孔功率的大小。具體來說，在穿孔參數(shù)設置時，設定一定的頻率和占空比，在穿孔的過程中，改變電流值來改變功率達到既快速又不爆孔的目的。

穿孔完成監(jiān)測：在穿孔的過程中，如果檢測到反饋的電壓值低于預先所設置的值，則認為穿孔已經(jīng)完成，如果這個值設得越低，則穿孔的時間越長，對應的穿孔完成情況越好，反之，穿孔越快，但是如果設得太高，有可能在切割時產(chǎn)生爆孔的現(xiàn)象。

自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)是利用自動調(diào)焦反射鏡片改變光斑的發(fā)散角來實現(xiàn)對焦點的控制。其中，調(diào)焦反射鏡片不是一個平面的鏡片，而是一個反射表面有曲率的鏡片，而曲率是可以通過調(diào)焦反射鏡片內(nèi)部空腔氣壓及時調(diào)整的。通過這種可以及時改變曲率的特殊鏡片，進而改變激光光束的發(fā)散角。CNC在激光加工時，根據(jù)需要調(diào)整調(diào)焦鏡片曲率而實現(xiàn)焦點調(diào)整。自動調(diào)焦鏡片系統(tǒng)可以讓穿孔和切割在不同的焦點下進行。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。