CN101607347A - 激光加工设备及其导光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导光装置，包括：第一直轨道；沿第一直轨道滑动的第一驱动滑块，第一驱动滑块两侧设置位置相对固定的前滑块和后滑块，第一驱动滑块分别通过一个动滑轮带动前滑块和后滑块与其同向滑动；第二直轨道，大体垂直于第一直轨道且与第一驱动滑块的相对位置固定；沿所述第二直轨道滑动且设有激光喷嘴的第二驱动滑块，第二驱动滑块两侧设置位置相对固定的左滑块和右滑块；第二驱动滑块分别通过一个动滑轮带动左滑块和右滑块与其同向滑动；反射镜组，在光源与激光喷嘴之间形成平行于第一直轨道或者第二直轨道的光路。本发明还公开了一种激光加工设备。当光源位置固定时，工作过程中总光程保持不变，这显著提高了加工精度。

Description

激光加工设备及其导光装置

技术领域

本发明涉及激光应用技术领域，特别涉及一种导光装置。本发明还涉及一种包括上述导光装置的激光加工设备。

背景技术

激光技术是当前科学技术发展的主要标志之一，激光产业已经成为光电子技术领域的重要支柱。目前，激光加工技术已经日益成熟，是对传统产业改造的重要手段。

激光加工是指利用激光束能够与物质相互作用的性质对加工件(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等操作，它是涉及光、机、电、材料及检测等多门学科的综合技术。其中，激光切割具体是利用经聚焦的高功率密度激光束照射加工件，激光束的能量以及辅助活性气体的化学反应热能可以被加工件所吸收，因此引起激光照射点附近加工件的温度急剧上升；到达沸点后，激光照射点附近加工件的材料开始汽化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，进而形成孔洞；随着激光束与加工件的相对移动，最终可以在加工件上形成切缝。二十世纪七十年代以来，随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展，激光切割已成为一种成熟的工业板材切割方法。

如同大多数激光加工设备，激光切割设备通常包括激光发生器、导光装置、加工机床以及控制系统等几大部分。

现有的激光切割设备存在较多的问题，其中切割精度较低是一个突出的问题。

如前所述，激光切割加工过程中激光束与加工件需要相对移动，对于体积较大、重量较重的加工件，通常采用激光束移动(即激光喷嘴移动)而激光发生器和加工件保持静止的加工方式(即“飞行光路”的加工方式)。依照目前的飞行光路设计，切割过程中激光喷嘴与激光发生器的相对距离不断变化，因此导光系统中总光程也是不断变化的。但是，由于激光发生器发出的激光束并非平行光束，而具有一定的发散角，所以在切割过程中随着总光程的变化，加工件不同位置所照射的光斑大小是不同的，这将导致切痕不均匀、降低切割断面的精度，特别是加工件具有较大的厚度或者加工件对断面精度要求较高时，上述问题尤为突出。

如果激光发生器能够随激光喷嘴同步移动，上述问题可以解决，但是，激光发生器的体积较大、重量较重，其与激光喷嘴同步移动存在两个突出的问题：一方面，需要通过支撑结构将激光发生器可靠地支撑，而由于其重量较重，支撑结构很容易变形、设备的可靠性不高(在切割大面积板材时该问题尤为突出)，此外，设置支撑结构也增加了成本；另一方面，激光发生器要随着激光喷嘴的运动而不断运动，因此驱动设备不但需要驱动激光喷嘴，而且需要驱动激光发生器，这将显著地加大能源的消耗、增加设备运行成本。

除了激光切割设备，上述问题在关注加工精度的其他激光加工设备中同样存在。

因此，在不增加设备运行成本、不降设备可靠性的前提下，如何提高激光加工设备的加工精度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种导光装置，能够在激光喷嘴的移动过程中保持光程不变，以提高激光加工设备的加工精度；同时，激光发生器在工作过程中不必运动，以使激光加工设备具有较高的可靠性以及较低的运行成本。本发明的另一目的是提供一种包括上述导光装置的激光加工设备。

为解决上述技术问题，本发明提供一种导光装置，用于激光加工设备，包括：第一直轨道；第一驱动滑块，在驱动设备的驱动下沿所述第一直轨道滑动，其两侧设置同样能够在第一直轨道上滑动的前滑块和后滑块，所述前滑块和后滑块的相对位置固定；所述第一驱动滑块分别通过一个动滑轮带动所述前滑块和后滑块与其同向滑动；第二直轨道，大体垂直于所述第一直轨道，且与所述第一驱动滑块的相对位置固定；第二驱动滑块，设有激光喷嘴，在驱动设备的驱动下沿第二直轨道滑动，其两侧分别设置能够在第二直轨道上滑动的左滑块和右滑块，所述左滑块和右滑块的相对位置固定；所述第二驱动滑块分别通过一个动滑轮带动所述左滑块和右滑块与其同向滑动；反射镜组，包括多个反射镜；至少在所述前滑块和后滑块之一、第一驱动滑块、左滑块和右滑块之一，以及第二驱动滑块上固定设置所述反射镜，以便在所述激光加工设备光源与所述激光喷嘴之间形成平行于第一直轨道或者第二直轨道的光路。

优选地，所述左滑块和右滑块以及所述前滑块和后滑块通过刚性连杆固定连接。

优选地，所述第一驱动滑块固定连接至少两条传送带的一端，该两条传送带的另一端与所述第一直轨道固定连接，且该两条传送带分别绕过与前滑块和后滑块固定连接的滑轮；所述第二驱动滑块同样固定连接至少两条传送带的一端，该两条传送带的另一端与所述第二直轨道固定连接，且该两条传送带分别绕过与左滑块和右滑块固定连接的滑轮。

优选地，所述第一直轨道和第二直轨道均设置于具有相同延伸方向的支撑梁的顶部。

优选地，上述各滑块分别设置于所述第一直轨道或者第二直轨道的顶部。

优选地，所述反射镜通过大体竖直设置的连接板固定安装于相应的滑块上。

优选地，所述第一直轨道或者第二直轨道分别固定连接大体竖直设置的连接板，所述传送带的一端通过所述连接板固定连接于所述第一直轨道或者第二直轨道。

本发明还提供一种激光加工设备，包括上述任一项所述的导光装置。

优选地，所述激光加工设备的光源装置的位置固定。

优选地，所述激光加工设备具体为激光切割设备。

相对上述背景技术，本发明所提供的导光装置，其第一驱动滑块和第二驱动滑块的运动方向相垂直，且第二驱动滑块所在的第二直轨道与第一驱动滑块同步运动，因此固定安装于第二驱动滑块的激光喷嘴可以在整个工作平面内自由运动。由于第一驱动滑块和第二驱动滑块与设置反射镜的相应滑块之间通过一个动滑轮连接，因此当第一驱动滑块和第二驱动滑块沿各自的直轨道产生位移S时，光程会增加S，同时，根据动滑轮的特点，相应的滑块会沿相同的方向产生S/2的位移，即入射光束和反射光束都减少S/2；可见，当激光发生器的位置固定时，无论激光喷嘴如何移动，整个设备的总光程都能够保持不变；这样，加工件不同位置所照射的光斑大小可以保持恒定，显著提高了加工精度，同时，激光发生器可以固定于地面，激光加工设备因此具有较高的可靠性，并维持了较低的生产制造成本以及运行成本。

附图说明

图1为本发明所提供第一驱动滑块以及前、后滑块一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1中A-A向剖视图；

图3为图1中B-B向剖视图；

图4为本发明所提供第二驱动滑块以及左、右滑块一种具体实施方式的结构示意图；

图5为本发明所提供导光装置的工作原理图。

具体实施方式

本发明核心是提供一种导光装置，能够在激光喷嘴的移动过程中保持光程不变，以提高激光加工设备的加工精度；同时，激光发生器在工作过程中不必运动，以使激光加工设备具有较高的可靠性以及较低的运行成本。本发明的另一核心是提供一种包括上述导光装置的激光加工设备。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供第一驱动滑块以及前、后滑块一种具体实施方式的结构示意图，图2为图1中A-A向剖视图，图3为图1中B-B向剖视图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的导光装置包括两条直轨道，即第一直轨道12和第二直轨道22(示于图4中)，两者大体相垂直。下面首先对第一直轨道12进行介绍。

第一直轨道12可以保持水平，并可以固定设置于支撑梁11上，以便由支撑梁11支撑。

第一直轨道12上设有第一驱动滑块13，第一驱动滑块13可以在驱动设备的带动下沿第一直轨道12滑动。第一驱动滑块13上固定连接有反射镜，反射镜可以通过连接板与第一驱动滑块13相连接。

第一直轨道12上设有进一步设有前滑块14和后滑块15，两者分别位于第一驱动滑块13的两侧，且两者可以沿第一直轨道12自由滑动。前滑块14和后滑块15两者至少有一者(比如前滑块14)固定连接有反射镜，反射镜可以通过连接板与两者相连接。

前滑块14和后滑块15的相对位置保持不变，也即两者应当沿第一直轨道12同步移动。可以通过若干常规的方法实现前滑块14和后滑块15的同步移动，例如，可以在两者之间设置刚性连杆16，刚性连杆16的两端分别与前滑块14和后滑块15固定连接。

前滑块14和后滑块15在第一驱动滑块13的带动下而滑动。具体地说，第一驱动滑块13固定连接至少两条传送带的一端，比如，第一驱动滑块13可以通过固定装置131将第一传动带181和第二传动带182的一端固定于其上，同时，将上述第一传动带181和第二传动带182的另一端固定连接于第一直轨道12。前滑块14固定安装有第一动滑轮171，后滑块15固定安装有第二动滑轮172，上述第一传动带181和第二传动带182应当分别绕过上述第一动滑轮171第二动滑轮172。

可以在支撑梁11上安装连接板19，连接板19相对于第一直轨道12的位置固定。可以在连接板19上安装固定装置191，并将上述第一传动带181和第二传动带182的另一端与固定装置191连接，这样就实现了第一传动带181以及第二传动带182与第一直轨道12的固定连接。

激光可以从激光发生器射出至前滑块14的反射镜上，前滑块14的反射镜的入射光线和反射光线均应平行于第一直轨道12，为此，前滑块14上可以设置两块反射镜(具体设置方式请参考图5)，以避免入射光线和反射光线共线。自前滑块14射出的光线射入第一驱动滑块13的反射镜，并反射进入下一阶段的光路。

在激光自激光发生器射出到其到达第一驱动滑块13的反射镜这一段光路，无论第一驱动滑块13沿第一直轨道12如何滑动，光程保持不变。

具体分析如下：上述光路中光程改变的部分大体涉及两段，即自激光发生器到前滑块14的第一段，以及自前滑块14到第一驱动滑块13的第二段。当第一驱动滑块13向后(即图1中左向)运动距离S时，在第一动滑轮171的带动下前滑块14向后移动距离S/2；因此上述光路的第一段光程减小了S/2，同时上述光路的第二段光程(即第一驱动滑块13与前滑块14的间距)增加了S/2。当第一驱动滑块13向前(即图1中右向)运动距离S时，在第二动滑轮172的带动下后滑块15向前移动距离S/2，在刚性连杆16的作用下前滑块14也向前移动距离S/2；同样，上述光路的第一段光程减小了S/2，上述光路的第二段光程增加了S/2。可见，无论第一驱动滑块13如何沿第一直轨道12滑动，自激光发生器射出到其到达第一驱动滑块13的反射镜这一段光路的光程保持不变。

下面对第二直轨道22进行介绍。

请参考图4，图4为本发明所提供第二驱动滑块以及左、右滑块一种具体实施方式的结构示意图。

第二直轨道22与第一直轨道12大体相垂直，两者的设置方式大体相同；两者的区别在于，第一直轨道12的位置是固定的，而第二直轨道22本身却可以滑动。具体地说，第二直轨道22可以沿着第一直轨道12的延伸方向滑动，且其与第一驱动滑块13同步滑动，两者的相对位置保持不变。可以将第一驱动滑块13与第二直轨道22固定连接于一体。显然，可以在第二直轨道22的底部另行设置平行于第一直轨道12轨道。

第二直轨道22保持水平，可以固定设置于支撑梁21上。第二直轨道22上设有第二驱动滑块23，第二驱动滑块23上固定连接有反射镜，并可以在驱动设备的带动下沿第二直轨道22滑动。

第二直轨道22上进一步设有右滑块24和左滑块25，两者分别位于第二驱动滑块22的两侧，且两者可以沿第二直轨道22自由滑动。右滑块24和左滑块25两者至少有一者(比如左滑块25)固定连接有反射镜。右滑块24和左滑块25的相对位置保持不变，两者应当沿第二直轨道22同步移动，可以在两者之间设置刚性连杆26，刚性连杆26的两端分别与右滑块24和左滑块25固定连接。

右滑块24和左滑块25在第二驱动滑块23的带动下而滑动。具体地说，第二驱动滑块23固定连接至少两条传送带的一端，比如，第二驱动滑块23可以固定第三传动带281和第四传动带282的一端固定于其上，同时，将上述第三传动带281和第四传动带282的另一端固定连接于第二直轨道22。右滑块24固定安装有第三动滑轮271，左滑块25固定安装有第四动滑轮272，上述第三传动带281和第四传动带282应当分别绕过上述第三动滑轮271第四动滑轮272。

激光自第一驱动滑块13的反射镜射出，进入左滑块25的反射镜，左滑块25的反射镜的入射光线和反射光线均平行于第二直轨道22，为此，左滑块25上可以设置两块反射镜(具体设置方式请参考图5)，以避免入射光线和反射光线共线。自左滑块25射出的光线平行于第二直轨道22射入第二驱动滑块23的反射镜，并反射进入聚焦镜，最终从激光喷嘴射出。

在激光自第一驱动滑块13的反射镜射出到其到达第二驱动滑块23的反射镜这一段光路，无论第二驱动滑块23沿第二直轨道22如何滑动，光程保持不变；具体分析可以参考上文关于图1的说明。

下面将从整体上对本发明所提供的导光装置的原理进行分析。

请参考图5，图5为本发明所提供导光装置的工作原理图。图5为俯视示意图。

第一直导轨12沿图中Y向设置，因此，第一驱动滑块13可以沿Y向滑动，前滑块14也可以在第一驱动滑块13的带动下与其同向移动。

第二直导轨22沿图中X向设置，因此，第二驱动滑块23可以沿X向滑动，左滑块25也可以在第一驱动滑块13的带动下与其同向移动。

由于第二直导轨22与第一驱动滑块13的位置相对固定，当第一驱动滑块13沿Y向滑动时，第二直导轨22自身也将沿Y移动，设置于第二直导轨22上的第二驱动滑块23因此可以改变其Y向坐标；同时，第二驱动滑块23可以沿第二直导轨22滑动，从而改变其X向坐标，这样，第二驱动滑块23可以顺利到达整个工作范围内的任何位置。

参见图5，激光自激光发生器射出，经过反射镜B和反射镜C的反射而到达前滑块14的反光镜D。理论上激光发生器可以直接向反光镜D射入光束，但图5所示设置方式更易布置激光发生器。激光发生器以及反射镜B和反射镜C的位置固定。

可以以第一驱动滑块13上的反射镜F为界将激光束的总光程大体分为前半程和后半程两部分。

前半程即为线段AB+BC+CD+DE+EF之和，其中AB+BC+DE在第一驱动滑块13的滑动过程中保持不变。当第一驱动滑块13沿Y轴正向移动ΔY时，前滑块14随之向Y轴正向移动ΔY/2，线段EF和线段CD都发生了变化，但两者之和却保持不变。这样，上述前半程仍为线段AB+BC+CD+DE+EF之和。第一驱动滑块13沿Y轴负向移动ΔY时的情况相同，不再赘述。

后半程即为线段FG+GH+HI之和，其中线段GH保持不变。当第二驱动滑块23沿X轴正向移动ΔX时，左滑块25随之向X轴正向移动ΔX/2，线段FG和线段HI都发生了变化，但两者之和却保持不变。这样，上述后半程仍为线段FG+GH+HI之和。第二驱动滑块23沿X轴负向移动ΔX时的情况相同，不再赘述。

可见，固定于第二驱动滑块23上的激光喷嘴在X和Y两个方向上任意移动时，激光束的总光程均保持不变。因此，加工件不同位置所照射的光斑大小可以保持恒定，显著提高了加工精度，同时，激光发生器可以固定于地面，激光加工设备因此具有较高的可靠性，并维持了较低的生产制造成本以及运行成本。

本发明所提供的激光加工设备包括上述的导光装置，具体不再赘述。工作过程中，所述激光加工设备的光源装置(激光发生器)的位置固定。所述激光加工设备具体可以是激光切割设备，当然也可以是其它常见的设备。

以上对本发明所提供的激光加工设备及其导光装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1、一种导光装置，用于激光加工设备，其特征在于，包括：

第一直轨道；

第一驱动滑块，在驱动设备的驱动下沿所述第一直轨道滑动，其两侧设置同样能够在第一直轨道上滑动的前滑块和后滑块，所述前滑块和后滑块的相对位置固定；所述第一驱动滑块分别通过一个动滑轮带动所述前滑块和后滑块与其同向滑动；

第二直轨道，大体垂直于所述第一直轨道，且与所述第一驱动滑块的相对位置固定；

第二驱动滑块，设有激光喷嘴，在驱动设备的驱动下沿第二直轨道滑动，其两侧分别设置能够在第二直轨道上滑动的左滑块和右滑块，所述左滑块和右滑块的相对位置固定；所述第二驱动滑块分别通过一个动滑轮带动所述左滑块和右滑块与其同向滑动；

反射镜组，包括多个反射镜；至少在所述前滑块和后滑块之一、第一驱动滑块、左滑块和右滑块之一，以及第二驱动滑块上固定设置所述反射镜，以便在所述激光加工设备光源与所述激光喷嘴之间形成平行于第一直轨道或者第二直轨道的光路。

2、如权利要求1所述的导光装置，其特征在于，所述左滑块和右滑块以及所述前滑块和后滑块通过刚性连杆固定连接。

3、如权利要求2所述的导光装置，其特征在于，所述第一驱动滑块固定连接至少两条传送带的一端，该两条传送带的另一端与所述第一直轨道固定连接，且该两条传送带分别绕过与前滑块和后滑块固定连接的滑轮；所述第二驱动滑块同样固定连接至少两条传送带的一端，该两条传送带的另一端与所述第二直轨道固定连接，且该两条传送带分别绕过与左滑块和右滑块固定连接的滑轮。

4、如权利要求3所述的导光装置，其特征在于，所述第一直轨道和第二直轨道均设置于具有相同延伸方向的支撑梁的顶部。

5、如权利要求4所述的导光装置，其特征在于，上述各滑块分别设置于所述第一直轨道或者第二直轨道的顶部。

6、如权利要求5所述的导光装置，其特征在于，所述反射镜通过大体竖直设置的连接板固定安装于相应的滑块上。

7、如权利要求5所述的导光装置，其特征在于，所述第一直轨道或者第二直轨道分别固定连接大体竖直设置的连接板，所述传送带的一端通过所述连接板固定连接于所述第一直轨道或者第二直轨道。

8、一种激光加工设备，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的导光装置。

9、如权利要求8所述的激光加工设备，其特征在于，所述激光加工设备的光源装置的位置固定。

10、如权利要求9所述的激光加工设备，其特征在于，具体为激光切割设备。

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