CN105149797A - 一种用于金属板打孔的激光打孔机 - Google Patents

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李学文
罗靖
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Abstract

本发明公开了一种用于金属板打孔的激光打孔机，涉及激光加工领域，该激光打孔机包括激光器，所述激光器包括激光光源，位于激光光源一端的半反镜和位于激光光源另一端的全反镜，所述全反镜的镜面直径为3～5m，所述半反镜和全反镜之间的距离为550～565mm，本发明的激光打孔机，使得激光在谐振腔中的衍射损耗较小，激光光斑小，模式好，并且功率稳定。能够降低对焦和调光的难度，提高成品率，降低生产成本，并能够得到镜面直径小于0.8mm的孔。

Description

一种用于金属板打孔的激光打孔机
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种用于金属板打孔的激光打孔机。
背景技术
激光打孔具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益显著等优点，广泛用于各个制造领域。
在激光打孔机出现之前，需要在某一材料上打孔时，通常需要采用一硬度较大的材料与需要打孔的材料发生撞击，形成孔，再对该孔进行打磨，打孔难度较大，且难以形成规则的空隙。
激光打孔通过透镜聚焦，调整高能量激光束的光斑镜面直径至几微米，利用高功率密度激光束照射待打孔的加工材料，材料被激光照射的区域被加热至汽化温度，进而蒸发形成孔洞。
现有的二氧化碳激光打孔机激光束聚焦后的激光功率密度为105～1015w/cm2，能够对大多材料进行打孔，同时，二氧化碳激光打孔机的光电转换效率较高，激光中的能量能够被非金属(如有机玻璃、塑料、木材和多层复合板材)所吸收，能够与其他技术配合实现高速打孔。
二氧化碳激光打孔机通常包括二氧化碳激光器，电气系统，光学系统，投影系统和三维坐标移动工作台，二氧化碳激光器用于产生光源，电气系统用于为激光器提供电源、控制激光的输出方式，并将激光束传入光学系统中，光学系统包括若干镜片，并通过镜片将激光束精确定位到待打孔的工件上，三维坐标工作台用于放置并调整工件的位置。
现有的二氧化碳激光器打孔机在使用，对焦和调光难度较大，难以得到镜面直径小于0.8mm的孔，同时，设备的成本较高。
为了能够得到镜面直径小，切割面好的打孔效果，激光器的模式和稳定性至关重要，而为了提高激光器的光学性能，激光器的腔体设计至关重要，而现有的激光器都难以满足在金属板上高速打孔的要求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于金属板打孔的激光打孔机，能够降低对焦和调光的难度，降低生产成本，并能够得到镜面直径小于0.8mm的孔。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种用于金属板打孔的激光打孔机，包括激光器，所述激光器包括激光光源，位于激光光源一端的半反镜和位于激光光源另一端的全反镜，所述全反镜的镜面直径为3～5m，所述半反镜和全反镜之间的距离为550～565mm。
在上述技术方案的基础上，所述半反镜和全反镜之间的距离为560mm。
在上述技术方案的基础上，所述全反镜的镜面直径为4m。
在上述技术方案的基础上，所述激光器为固体激光器。
在上述技术方案的基础上，所述激光打孔机还包括控制电路和运动控制器，所述控制电路和运动控制器之间具有一定的距离。
在上述技术方案的基础上，所述激光打孔机还包括激光头和工作台，所述激光光源的激光经过激光头后照射在工作台上，所述激光头上设置有测距装置，所述测距装置用于测量激光头与工作台上待打孔工件之间的距离。
在上述技术方案的基础上，所述激光头包括自上而下依次设置的反射镜、聚焦镜和激光喷嘴。
在上述技术方案的基础上，所述聚焦镜与激光喷嘴之间设置有焦点调节旋转刻度盘，所述焦点调节旋转刻度盘用于定位激光焦点从激光喷嘴中出射的位置和光斑大小。
在上述技术方案的基础上，所述聚焦镜的底部设置有保护镜。
在上述技术方案的基础上，所述聚焦镜与激光喷嘴之间的距离为150mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的用于金属板打孔的激光打孔机，包括激光器，激光器包括激光光源，位于激光光源一端的半反镜和位于激光光源另一端的全反镜，全反镜的镜面直径为3～5m，半反镜和全反镜之间的距离为550～565mm，使得激光在谐振腔中的衍射损耗较小，激光光斑小，模式好，并且功率稳定。
(2)本发明的用于金属板打孔的激光打孔机，其控制电路和运动控制器之间具有一定的距离，激光器能够避免强电的干扰，使得激光器能够稳定工作；激光光源固定在基座上，比较稳定，能够降低对焦和调光的难度。
(3)本发明的用于金属板打孔的激光打孔机，包括测距装置，该装置用于测量激光头的激光出口与工作台上工件之间的距离，避免使用传统运动工作台上下升降机构和光具座上下升降机构时，由于待打孔的工件不平整对打孔效果造成的影响，能够提高成品率，从而降低生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例中用于金属板打孔的激光打孔机的结构示意图；
图2为本发明实施例中激光器和激光头配合的结构示意图。
图中：1-工作台，2-测距装置，3-激光头，4-激光器，5-控制柜，6-操作台，7-反射镜，8-聚焦镜，9-焦点调节旋转刻度盘，10-激光喷嘴，11-扩束镜，12-半反镜，13-激光光源，14-全反镜，15-基座。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种用于金属板打孔的激光打孔机，包括操作台6、控制柜5、激光器4、激光头3和工作台1，操作台6与控制柜5电连接，操作台6用于对控制柜5进行操作，激光器4位于控制柜5的顶部，控制柜5用于对激光器4的位置进行调整，激光头3固定在激光器4激光出口的一端，工作台1用于放置待打孔的工件，工作台1位于激光头3的下方。
操作台6包括控制电路和运动控制器，控制电路、运动控制器均与激光器4电连接，且控制电路通过电缆线连接激光器4，从而控制激光器4中激光光源13的输出功率及激光模式，且控制电路和运动控制器之间具有一定的距离，能够避免强电的干扰。
激光器4发射的激光通过激光头3后照射在工作台1上，激光头3上设置有测距装置2，该测距装置2用于测量激光头3的激光出口与工作台1上工件之间的距离，避免使用传统运动工作台1上下升降机构和光具座上下升降机构时，由于待打孔的工件不平整，对打孔的效果造成影响。
参见图2所示，激光器4包括基座15，激光器4为固体激光器，基座15上设置有激光光源13，位于激光光源13一端的半反镜12和位于激光光源13另一端的全反镜14，全反镜14的镜面直径为3～5m，半反镜12和全反镜14之间的距离为550～565mm，在实际使用中，全反镜14的镜面直径，半反镜12和全反镜14之间的距离可以根据实际需要进行设定，本实施例中，全反镜14的镜面直径最优为4m，半反镜12和全反镜14之间的距离最优为560mm。
半反镜12、激光光源13和全反镜14的组合称为谐振腔，本实施例的谐振腔中，由激光光源13发射的光束不再被限制在半反镜12和全反镜14之间，光束从光轴向周围发散，最终从半反镜12和/或全反镜14的边缘溢出部分高阶模。
激光光源13发射的激光在谐振腔中的衍射损耗能够根据菲涅耳数N来确定，N愈大，衍射损耗愈小，
菲涅耳数N＝r2/λL，r为全反镜14镜面的半径，L为半反镜12和全反镜14之间的距离，λ为激光的波长。
根据N的计算公式可知：构成谐振腔的全反镜14镜面半径r愈大，腔长愈小，则在其中振荡的电磁波愈难逃逸出去。
本实施例中全反镜14选用镜面直径为3～5m的凹面全反镜，半反镜12和全反镜14之间的距离为550～565mm，使得谐振腔能够输出能量较大的激光，在实际生产中，使用该打孔机能够得到孔径为0.2～0.8mm的激光孔。
参见图2所示，激光头3包括自上而下依次设置的反射镜7、聚焦镜8和激光喷嘴10，聚焦后的激光束从激光喷嘴10射出，聚焦镜8的底部设置有保护镜，聚焦镜8与激光喷嘴10之间的距离为150mm。聚焦镜8与激光喷嘴10之间设置有焦点调节旋转刻度盘9，焦点调节旋转刻度盘9用于定位激光焦点从激光喷嘴10中出射的位置和光斑大小。
半反镜12远离激光光源13的一侧设置有扩束镜11，半反镜12和半反镜12之间设置有一调光片，扩束镜11和激光头3的反射镜7之间设置有一调光片。
本发明的用于金属板打孔的激光打孔机的工作原理为：激光光源13发射的激光在激光腔内震荡并激发后发射至扩束镜11，扩束镜11改变激光光束镜面直径和发散角后，得到扩束激光，扩束激光射入激光头3内后，经由反射镜7改变方向，经过聚焦镜8聚焦，得到聚焦激光，聚焦激光经铜嘴射入工作台1上待打孔的工件上，进行打孔。
本发明不局限于上述实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种用于金属板打孔的激光打孔机，其特征在于：包括激光器(4)，所述激光器(4)包括激光光源(13)，位于激光光源(13)一端的半反镜(12)和位于激光光源(13)另一端的全反镜(14)，所述全反镜(14)的镜面直径为3～5m，所述半反镜(12)和全反镜(14)之间的距离为550～565mm。
2.如权利要求1所述的一种用于金属板打孔的激光打孔机，其特征在于：所述半反镜(12)和全反镜(14)之间的距离为560mm。
3.如权利要求1所述的一种用于金属板打孔的激光打孔机，其特征在于：所述全反镜(14)的镜面直径为4m。
4.如权利要求1所述的一种用于金属板打孔的激光打孔机，其特征在于：所述激光器(4)为固体激光器。
5.如权利要求3所述的一种用于金属板打孔的激光打孔机，其特征在于：所述激光打孔机还包括控制电路和运动控制器，所述控制电路和运动控制器之间具有一定的距离。
6.如权利要求1所述的一种用于金属板打孔的激光打孔机，其特征在于：所述激光打孔机还包括激光头(3)和工作台(1)，所述激光光源(13)的激光经过激光头(3)后照射在工作台(1)上，所述激光头(3)上设置有测距装置(2)，所述测距装置(2)用于测量激光头(3)与工作台(1)上待打孔工件之间的距离。
7.如权利要求6所述的一种用于金属板打孔的激光打孔机，其特征在于：所述激光头(3)包括自上而下依次设置的反射镜(7)、聚焦镜(8)和激光喷嘴(10)。
8.如权利要求7所述的一种用于金属板打孔的激光打孔机，其特征在于：所述聚焦镜(8)与激光喷嘴(10)之间设置有焦点调节旋转刻度盘(9)，所述焦点调节旋转刻度盘(9)用于定位激光焦点从激光喷嘴(10)中出射的位置和光斑大小。
9.如权利要求7所述的一种用于金属板打孔的激光打孔机，其特征在于：所述聚焦镜(8)的底部设置有保护镜。
10.如权利要求6所述的一种用于金属板打孔的激光打孔机，其特征在于：所述聚焦镜(8)与激光喷嘴(10)之间的距离为150mm。
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