CN105345256B - 自动对中激光切割头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自动对中激光切割头，包括顶部的QBH接口（3）、设在QBH接口（3）下方的自动对中调整模块（2）、设在自动对中调整模块（2）下方的调焦模块、设在调焦模块下方的保护镜模块（4）和设在保护镜模块（4）下方的喷嘴（5）。本发明的自动对中激光切割头具有如下技术效果：采用CCD自动对中装置后的激光聚焦头激光同轴性会更加准确，可以实现每次加工前进行自动对中操作，同时加工过程中也可以根据图形复杂程度设置特定点实现对中操作，这样以来切割效果会得到稳定的保证，同时过程中对中功能也让设备运行过程中的震动等外在因素对切割头焦点位置的影响进行修正，保证大批量加工的成品率。

Description

自动对中激光切割头
技术领域
本发明涉及一种自动对中激光切割头，属于激光切割技术领域。
背景技术
随着生产自动化的不断提高，基于手动调节的各种设施机构都因为有人为的过多参与而变得多了很多不确定性，难以满足批量生产以及加工的实际需求。激光切割机也是如此，因为激光切割头是激光切割机重要部件之一，使用过程中因为聚焦头的喷嘴孔径只有1.5mm左右，因此各处连接机构的配合公差都有可能导致使用过程中激光焦点通过喷嘴的时候产生偏移的现象，因此正常使用过程中需要经常的调整激光的同轴性，由于现在都是手动调整，因此同轴性都是靠人眼通过在喷嘴口粘上透明胶带打点的方式来观察，因此不确定因素比较多，经常会出现忘记找同轴，或者是找完的同轴不是很理想的问题，往往正式因为这些问题会经常影响到切割质量的下降，导致产生不好的切割面或者产生不必要的报废。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种自动对中激光切割头。
本发明的自动对中激光切割头，包括顶部的QBH接口（3）、设在QBH接口（3）下方的自动对中调整模块（2）、设在自动对中调整模块（2）下方的调焦模块、设在调焦模块下方的保护镜模块（4）和设在保护镜模块（4）下方的喷嘴（5）；
所述的自动对中调整模块（2）包括调整电机和带有准直镜（2-5）的准直镜座（2-6），所述的调整电机包括X轴调整电机（2-1）和Y轴调整电机（2-3），所述的准直镜座（2-6）置于X轴调整电机（2-1）和Y轴调整电机（2-3）的顶部，所述的X轴调整电机（2-1）相对于准直镜座（2-6）的另一侧设有X轴弹簧顶丝（2-4），所述的Y轴调整电机（2-3）相对于准直镜座（2-6）的另一侧设有Y轴弹簧顶丝（2-2），两个弹簧顶丝与两个调整电机形成十字推拉式的调整结构；
所述的自动对中激光切割头还包括CCD相机（6-1）、设在CCD相机（6-1）上的镜头（6-2）、带有折射镜（6-3）的折射镜座（6-4）、选择性光谱折射镜（6-7）和带有聚焦镜（6-5）的聚焦镜座（6-6），所述的选择性光谱折射镜（6-7）和聚焦镜（6-5）设在喷嘴（5）上方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）与折射镜（6-3）设在同一水平面且方向相同，所述的聚焦镜（6-5）设在选择性光谱折射镜（6-7）正下方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）设在准直镜（2-5）正下方；
所述的的自动对中激光切割头还包括自动控制系统，所述的自动控制系统包括激光控制切割系统、影像处理器、RS485通讯模块和PLC，所述的激光控制切割系统与影像处理器相连，所述的影像处理器与CCD相机相连，所述的RS485通讯模块与PLC相连。
本发明主要是对激光切割机切割头焦点对中部分实现自动化控制，其工作方式主要是借助CCD相机、影像处理器、可编程控制器PLC、调整电机和十字推拉式镜片调整机构等设施通过对镜片的位置调整实现焦点平面位置移动调整工作，其主要工作过程为当激光对中需求信号发出时，机床会驱动切割头运动至固定点，该位置下方水平安装了一块铜板，当切割头运动到铜板正上方时自动对中系统开始按照特定的程序工作，首先CCD相机会对出激光时打在铜板上的火花进行采集，然后通过采集到火花点的位置和喷嘴圆孔成像之间的关系，由影像处理器自动处理图片然后计算出实际焦点位置与喷嘴中心位置X向和Y向误差的距离，通过RS485通讯模块将数据传送至安装于电气柜的可编程控制器中，由可编程控制器对自动对中激光聚焦头上部的镜片调整电机发送定位运动信号，实现对镜片的位置调整工作，可编程控制器通过驱动2个调整电机推拉十字形结构的镜片调整座从而完成镜片位置平面调整工作，最终实现焦点位置的调整工作，整个调整过程只需要2次出光采集过程包括一次采样定位一次采样比对在短短10秒钟内就可以实现焦点对中调整整个过程。
本发明的自动对中激光切割头具有如下技术效果：
采用CCD自动对中装置后的激光聚焦头激光同轴性会更加准确，可以实现每次加工前进行自动对中操作，同时加工过程中也可以根据图形复杂程度设置特定点实现对中操作，这样以来切割效果会得到稳定的保证，同时过程中对中功能也让设备运行过程中的震动等外在因素对切割头焦点位置的影响进行修正，保证大批量加工的成品率。相比传统的手动调整方式效率更高，更加精准，同时手动调整存在很多不确定性和误差因素，也是因为这些原因导致了激光加工的产品效果一致性，批量化加工时成品率下降等问题的产生，同时手动调整无法实现过程中对中功能，难以让整个生产自动化程度提高。自动对中激光聚焦头就完全解决了该问题。
附图说明
图1是本发明的自动对中激光切割头的结构示意图；
图2是本发明的自动对中调整模块的剖面图；
图3是本发明的自动检测穿孔的激光切割头的剖面图；
图4是本发明的自动检测穿孔的光路实现原理图；
图5是本发明中激光切割控制系统的组成模块示意图；
图6为本发明的工作流程框图；
图7为本发明的工作流程详图。
其中，1为切割头主体，2为自动对中调整模块，3为QBH接口，4为保护镜模块，5为喷嘴，6-1为CCD相机，6-2为镜头，6-3为折射镜，6-4为折射镜座，6-5为聚焦镜，6-6为聚焦镜座，6-7为选择性光谱折射镜，2-1为X轴调整电机，2-4为X轴弹簧顶丝，2-3为Y轴调整电机，2-2为Y轴弹簧顶丝，2-5 为准直镜，2-6为准直镜座。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明的自动对中激光切割头，包括顶部的QBH接口（3）、设在QBH接口（3）下方的自动对中调整模块（2）、设在自动对中调整模块（2）下方的调焦模块、设在调焦模块下方的保护镜模块（4）和设在保护镜模块（4）下方的喷嘴（5）；
所述的自动对中调整模块（2）包括调整电机和带有准直镜（2-5）的准直镜座（2-6），所述的调整电机包括X轴调整电机（2-1）和Y轴调整电机（2-3），所述的准直镜座（2-6）置于X轴调整电机（2-1）和Y轴调整电机（2-3）的顶部，所述的X轴调整电机（2-1）相对于准直镜座（2-6）的另一侧设有X轴弹簧顶丝（2-4），所述的Y轴调整电机（2-3）相对于准直镜座（2-6）的另一侧设有Y轴弹簧顶丝（2-2），两个弹簧顶丝与两个调整电机形成十字推拉式的调整结构；
所述的自动对中激光切割头还包括CCD相机（6-1）、设在CCD相机（6-1）上的镜头（6-2）、带有折射镜（6-3）的折射镜座（6-4）、选择性光谱折射镜（6-7）和带有聚焦镜（6-5）的聚焦镜座（6-6），所述的选择性光谱折射镜（6-7）和聚焦镜（6-5）设在喷嘴（5）上方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）与折射镜（6-3）设在同一水平面且方向相同，所述的聚焦镜（6-5）设在选择性光谱折射镜（6-7）正下方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）设在准直镜（2-5）正下方；
所述的的自动对中激光切割头还包括自动控制系统，所述的自动控制系统包括激光控制切割系统、影像处理器、RS485通讯模块和PLC，所述的激光控制切割系统与影像处理器相连，所述的影像处理器与CCD相机相连，所述的RS485通讯模块与PLC相连。
如图5所示，本发明中的激光切割控制系统，包括工业控制电脑、电容调高控制器、显示器外设和无线遥控手柄等，工业控制电脑内设有运动控制卡，用于控制伺服系统和齿轮齿条传动机构。
本发明的影像处理器，为工业影像处理器，与CCD相机联合使用。
所述的激光控制切割系统用于向激光切割机的激光器发出对中信号；
所述的影像处理器用于采集图像、分析激光点位置以及调整结束后向激光控制切割系统发出结束信号；
所述的RS485通讯模块用于接收影像处理器的信号，以及向PLC发送位置指令；
所述的PLC用于根据定位指令控制X、Y轴调整电机。
本发明中的激光控制切割系统、影像处理器、RS485通讯模块和PLC均为现有技术。
如图4所示，本发明中，光路实现的过程如下：激光通过激光光纤输出后，经过准直镜（2-5）对光束进行准直，也就是平行化处理，然后通过选择性光谱折射镜（6-7），最终经过聚焦镜（6-5）进行聚焦行程能量密集型光斑进行切割操作，同时CCD相机（6-1）通过折射镜（6-3）以及选择性光谱折射镜（6-7）两片部分波长反射镜后经过聚焦镜实现对焦点周围的影像扑捉（所谓部分波长反射镜是指1060-1070nm波长激光全透，400-550波长可见光全反），因为CCD扑捉的光束波长范围是可见光，400-670nm之间，为了避免对红色指示激光650nm波段光进行反射影像画面质量因此部分波长反射镜只对400-550nm波段激光进行反射成像。光路实现过程中反映了 CCD对图像采集的一个方案，因为CCD是侧装的但是要与激光进行同轴拍摄涉及到了里面有两片比较特殊的特定补偿反射镜片，所以光路实现过程图可说明用途和安装位置。
如图6、7所示，本发明的工作过程如下：
1）激光切割控制系统发出对中信号；
2）激光切割机中的激光器开始发出激光；
3）影像处理器开始采集图像；
4）CCD相机通过镜头采集喷嘴影像；
5）回传影像至影像处理器；通过选择性光谱折射镜将可见光反射至CCD相机，通过CCD相机可以将实时画面传送至影像处理器进行处理；
6）影像处理器分析激光点位置，如光点位置有偏移，通过RS485通讯模块发送位置指令，PLC定位控制轴向电机定位，PLC按照位置信息驱动X轴调整电机（2-1）和Y轴调整电机（2-3）进行相对位置定位,由于准直镜座（2-6）需要在二维方向进行全向调整，因此准直镜座（2-6）和电机之间不能进行固定，通过推和对向第一弹簧顶丝（2-2）或第二弹簧顶丝（2-4）顶的方式进行双向定位操作。进行二次测试，直至激光点位于圆心；如激光点位于圆心，则调整结束；
7）返回步骤1），重复刚才的对中操作进行效果验证，达到理想误差范围后输出完成信号。

Claims (1)

1.自动对中激光切割头，其特征在于，包括顶部的QBH接口（3）、设在QBH接口（3）下方的自动对中调整模块（2）、设在自动对中调整模块（2）下方的调焦模块、设在调焦模块下方的保护镜模块（4）和设在保护镜模块（4）下方的喷嘴（5）；
所述的自动对中调整模块（2）包括调整电机和带有准直镜（2-5）的准直镜座（2-6），所述的调整电机包括X轴调整电机（2-1）和Y轴调整电机（2-3），所述的准直镜座（2-6）置于X轴调整电机（2-1）和Y轴调整电机（2-3）的顶部，所述的X轴调整电机（2-1）相对于准直镜座（2-6）的另一侧设有X轴弹簧顶丝（2-4），所述的Y轴调整电机（2-3）相对于准直镜座（2-6）的另一侧设有Y轴弹簧顶丝（2-2），两个弹簧顶丝与两个调整电机形成十字推拉式的调整结构；
所述的自动对中激光切割头还包括CCD相机（6-1）、设在CCD相机（6-1）上的镜头（6-2）、带有折射镜（6-3）的折射镜座（6-4）、选择性光谱折射镜（6-7）和带有聚焦镜（6-5）的聚焦镜座（6-6），所述的选择性光谱折射镜（6-7）和聚焦镜（6-5）设在喷嘴（5）上方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）与折射镜（6-3）设在同一水平面且方向相同，所述的聚焦镜（6-5）设在选择性光谱折射镜（6-7）正下方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）设在准直镜（2-5）正下方；
所述的自动对中激光切割头还包括自动控制系统，所述的自动控制系统包括激光控制切割系统、影像处理器、RS485通讯模块和PLC，所述的激光控制切割系统与影像处理器相连，所述的影像处理器与CCD相机相连，所述的RS485通讯模块与PLC相连。
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