CN103056531A

CN103056531A - 一种激光切割机自动变焦的方法与装置

Info

Publication number: CN103056531A
Application number: CN2013100126293A
Authority: CN
Inventors: 冯爱新; 卢轶; 薛伟; 王瑞延; 顾永玉
Original assignee: SUZHOU LEAD LASER TECHNOLOGY CO LTD; Jiangsu University; Wenzhou University
Current assignee: SUZHOU LEAD LASER TECHNOLOGY CO LTD; Jiangsu University; Wenzhou University
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明提供了一种激光切割机自动变焦的方法，包括以下步骤：（1）激光器发射激光光束，激光光束进入激光切割头中，经第一变曲率反射装置反射和第二变曲率反射装置反射后，再经透镜组聚焦作用在工件表面；（2）调节第一变曲率反射装置和第二变曲率反射装置中气缸的气压，使两个反射镜的变形曲率发生改变，进而实现了激光束焦距的自动调节。本发明可实现不停机自动变焦为生产实现自动化打下了基础；通过自动变焦实现了对厚度不均的材料的切割扩大了加工范围；消除了人工换镜带来的附加成本与误差；通过两个变曲率反射镜的不同曲率组合，可实现在不改变光斑尺寸的前提下对焦距进行调节。本发明还同时提供了一种激光切割机自动变焦的装置。

Description

一种激光切割机自动变焦的方法与装置

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光切割机自动变焦的方法与装置。

背景技术

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。激光切割作为一种新型热切割技术，具有切割速度快，生产效率高，切割质量好，热影响区小和环保等优点，已经成为主要的金属板材切割方式之一，得到越来越广泛的应用。随着大功率激光技术的不断发展，激光切割的加工能、效率和质量都在不断提高。现有的激光加工设备通过人工更换镜片的方式来改变焦距，不能自动调节透镜焦距，或采用单变曲率反射镜调节焦距，在调焦的同时也改变了光斑的尺寸，需要进一步对光斑尺寸再进行调节。

本发明针提出一种通过通过双变曲率反射镜调整透镜焦距的方法及装置，保证在调焦的同时保证光斑尺寸不变。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种激光切割机自动变焦的方法，该激光切割机自动变焦的方法在自动调焦的同时能够保证光斑尺寸不变；本发明还同时提供了一种激光切割机自动变焦的装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种激光切割机自动变焦的方法，包括以下步骤：

（1）激光器发射激光光束，激光光束进入激光切割头中，经第一变曲率反射装置反射和第二变曲率反射装置反射后，再经透镜组聚焦作用在工件表面进行切割加工；所述第一变曲率反射装置和第二变曲率反射装置均包括一气缸和一反射镜，气缸的一端密封设置有一气缸端盖，另一端通过气体管道与保护气体加压泵连接；所述气缸端盖上留有透光孔，所述反射镜为凹面镜，所述反射镜固定安装在气缸端盖与气缸之间；

（2）调节第一变曲率反射装置和第二变曲率反射装置中气缸的气压，使两个反射镜的变形曲率发生改变，进而实现了激光束焦距的自动调节。

本发明还同时提供了一种激光切割机自动变焦的装置，包括工控机、保护气体加压泵、激光器、两个变曲率反射装置和透镜组；工控机通过控制线与保护气体加压泵相连；激光器射出激光光束，激光光束经两个变曲率反射装置反射后再经透镜组聚焦作用在工件表面；

所述每个变曲率反射装置均包括一气缸和一反射镜，气缸的一端密封设置有一气缸端盖，另一端通过气体管道与保护气体加压泵连接；所述气缸端盖上留有透光孔，所述反射镜为凹面镜，反射镜固定安装在气缸端盖与气缸之间。

本发明的进一步设置在于，所述变曲率反射装置及透镜组均位于激光切割机的激光切割头中。

本发明的进一步设置在于，所述反射镜的材质为高反射率的金属合金或涂有高反射率薄膜的金属材料。

本发明所述的激光切割机自动变焦的方法通过调节两个变曲率反射镜气缸的气压，进而改变两个变曲率反射镜的变形曲率，两个变曲率反射镜通过不同的曲率组合可以保证在不改变光斑尺寸的前提下调节激光束的焦距，以满足激光加工的需要。本发明的优点在于：

(1)可实现不停机自动变焦为生产实现自动化打下了基础；

(2)通过自动变焦实现了对厚度不均的材料的切割扩大了加工范围；

(3)消除了人工换镜带来的附加成本与误差；

(4)采用凹透镜使激光光束转化为平行光束输出，使激光能量更为均匀。

(5)通过两个变曲率反射镜的不同曲率组合，可实现在不改变光斑尺寸的前提下对焦距进行调节。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为激光切割机自动变焦的装置的结构图；

图2为变曲率反射装置局部结构图；

图3为激光切割机自动变焦方法的光路图；

1、工控机；2、保护气体加压泵；3、激光器；4、激光切割头；5、激光光束；6、第一变曲率反射装置；7、x透镜；8、y透镜；9、z透镜；10、第二变曲率反射装置；11、气体管道；12、气缸；13、密封垫圈；14、气缸端盖；15、反射镜；16、密封垫片；17、锁紧螺母。

具体实施方式

以下实施例用来说明本发明，但不是限制本发明。下面结合附图详细说明本发明提出的方法及装置的细节和工作情况。

如图1-2所示，本发明所述激光切割机自动变焦的装置包括包括工控机1、保护气体加压泵2、激光器3、第一变曲率反射装置6、第二变曲率反射装置10和透镜组。

工控机1通过控制线与保护气体加压泵2相连，用于控制气缸12内的气压进而控制第一变曲率反射装置6和第二变曲率反射装置10的镜面曲率。保护气体加压泵2通过气体管道11与激光切割头4中的第一变曲率反射装置6和第二变曲率反射装置10相连，用于向气缸12内充入气体，激光光束5由激光器3射出，并进入激光切割头4中。

第一变曲率反射装置6和第二变曲率反射装置10均包括一气缸12和一反射镜15，气缸12的一端为开口并设有外螺纹用于连接气缸端盖14，另一端有小孔并设有密封垫片16，用于接入气体管道11和连接锁紧螺母17。气缸端盖14留有透光孔，气缸端盖14还设有内螺纹用于连接气缸12并夹紧反射镜15。反射镜15为凹面镜，固定在气缸端盖14与气缸12之间。优选的，反射镜15通过粘结剂粘结在气缸12开口一端，粘结剂起连接和密封作用。反射镜15为高反射率的金属合金或涂有高反射率薄膜的金属材料，并具有良好的变形恢复能力。密封垫圈13位于气缸端盖14与气缸12连接处起密封作用。保护气体加压泵2通过气体管道11与气缸12设有密封垫片16的一端连接并用锁紧螺母17密封，用于充入保护气体。

所述透镜组由两个凸透镜（x透镜7和y透镜8）以及一个凹透镜（z透镜9）组成，激光光束经x透镜7聚焦后由y透镜8再次聚焦，然后通过z透镜9装换为平行光束输出。通过调节两个反射镜15镜面曲率即可控制反射激光光束直径的大小，从而改变透镜组入射光束的直径，进而改变z透镜9的焦距以得到符合加工要求的激光光束直径。

本发明所述的激光切割机自动变焦的方法，包括以下步骤：

（1）如图3所示，激光光束5由激光器3射出，并进入激光切割头4中经第二变曲率反射装置10反射并改变激光光束5的直径后再由第一变曲率反射装置6反射并改变激光光束5的直径后到达x透镜7，x透镜7对激光光束5进行聚焦后使其穿过x透镜7，y透镜8对激光光束5再次进行聚焦使其透过z透镜9，z透镜9使激光光束5再转换为一束平行光输出。

（2）工控机根据工作需要发出控制指令，调节第一变曲率反射装置6和第二变曲率反射装置10中气缸12的气压，通过改变气缸12内气压和气缸外气压之间的压力差来控制反射镜15镜面在凹、凸、平三个状态间变化，实现了两个反射镜15的变形曲率的调节；通过调节两个反射镜15的变形曲率可调节x透镜7的入射光直径，从而可以调节x透镜7和y透镜8的焦距，z透镜9将激光光束5转换为平行光束输出，保证加工时激光能量的均匀性，同时实现了激光束焦距的自动调节。

Claims

1.一种激光切割机自动变焦的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.一种激光切割机自动变焦的装置，其特征在于，包括工控机、保护气体加压泵、激光器、两个变曲率反射装置和透镜组；工控机通过控制线与保护气体加压泵相连；激光器射出激光光束，激光光束经两个变曲率反射装置反射后再经透镜组聚焦作用在工件表面；

3.根据权利要求2所述的激光切割机自动变焦的装置，其特征在于，所述变曲率反射装置及透镜组均位于激光切割机的激光切割头中。

4.根据权利要求2所述的激光切割机自动变焦的装置，其特征在于，所述反射镜的材质为高反射率的金属合金或涂有高反射率薄膜的金属材料。