CN105665924A - 基于两套激光加工系统的光路自动切换装置及其切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，包括底座、基架、一对镜座导轨、镜座移动板、镜座、分光镜、镜座驱动气缸、气路切换装置、两个位置检测装置和PLC控制器。滑台纵向地安装在底板的中部；基架的前侧板的左边和左侧板上分别开设一透光孔；该基架安装在滑台上；一对镜座导轨横向地安装在基板上；镜座移动板安装在镜座导轨上；镜座的两个直角边立面上分别开设一个激光穿孔；该镜座固定在镜座移动板上；分光镜安装在镜座的斜边立面上；镜座驱动气缸固定在基板上，该镜座驱动气缸的活塞杆的端头与镜座移动板的一端连接。本发明的光路自动切换装置，可以大幅降低系统的使用成本并有效地提高加工效率。

Description

基于两套激光加工系统的光路自动切换装置及其切换方法

技术领域

本发明涉及一种激光焊接技术，具体涉及一种基于两套激光加工系统的光路自动切换装置及其切换方法。

背景技术

激光焊接是以高能量激光束作为热源，辐射加热到材料表面，通过热传导使材料熔化并连接的一种焊接方法。由于激光焊接具有高精度、高效率、热影响区小、变形小等优点，因此具有良好的发展前景。随着激光技术和数控技术的不断发展，目前激光焊接已经成为工业板材焊接领域一种先进加工方法。

在大功率CO₂激光加工领域中，要实现激光切割与激光焊接、激光熔覆和激光3D打印等功能的复合，大多需要两套CO₂激光发生器，不仅系统增大，而且在很大程度上增加了加工成本。用一套激光发生器与两套激光加工系统进行对接，组成具备其中两种功能的复合激光加工系统将会成为CO₂激光加工领域的一个主流发展方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种基于两套激光加工系统的光路自动切换装置及其切换方法，它实现了一套激光发生器与两套激光加工系统的对接，可以大幅降低系统的使用成本并有效地提高加工效率。

实现本发明的目的一种技术方案是：一种基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，安装在激光发生器的前方，该光路自动切换装置包括底座、滑台、基架、一对镜座导轨、镜座移动板、镜座、分光镜、镜座驱动气缸、气路切换装置、两个位置检测装置和PLC控制器，其中，

所述底座呈矩形板并且底面还安装有若干支撑脚；

所述滑台纵向地安装在所述底板的中部；

所述基架包括基板、前侧板和左侧板，前侧板的左边和左侧板上分别开设一透光孔；该基架可前后移动地安装在所述滑台上；

所述一对镜座导轨横向地安装在所述基架的基板上；

所述镜座移动板可滑动地安装在所述镜座导轨上；

所述镜座为一等腰直角三棱柱腔体，该镜座的两个直角边立面上分别开设一个激光穿孔；该镜座通过一连接板及至少一对螺栓以一个直角边立面朝左、另一个直角边立面朝后的方式固定在所述镜座移动板上；

所述分光镜安装在所述镜座的斜边立面上；

所述镜座驱动气缸与所述镜座导轨平行地固定在所述基架的基板上，该镜座驱动气缸的活塞杆的端头与所述镜座移动板的一端连接；该镜座驱动气缸为双作用气缸；

所述气路切换装置为一二位五通电磁阀并安装在所述底座的后端面上并通过气管与所述镜座驱动气缸的前腔体和后腔体连通；

两个所述位置检测装置均为气缸磁性开关并分别安装在所述镜座驱动气缸的两头；

所述PLC控制器分别与所述气路切换装置和两个位置检测装置信号连接。

上述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其中，所述基架的前侧板的前端面和左侧板的左端面上分别对应所述透光孔安装一导光法兰。

上述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其中，所述镜座驱动气缸的两头还分别安装一气体流速控制装置。

上述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其中，所述光路自动切换装置还包括左限位挡块、右限位挡块、一右缓冲装置和一对左缓冲装置，所述左限位挡块和右限位挡块一一对应地安装在基架的基板的左边和右边；所述右缓冲装置对应所述右限位挡块安装在基板的右边，所述一对左缓冲装置对应所述左限位挡块安装在基架的左侧板上。

上述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其中，所述连接板上开设的用于固定在所述镜座移动板上的安装孔为横向腰形孔。

上述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其中，所述分光镜通过连接法兰安装在所述镜座上，该连接法兰上设有两个弹簧。

上述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其中，所述滑台为具有手轮的手动滑台。

实现本发明的目的另一种技术方案是：一种基于两套激光加工系统的光路自动切换方法，执行于上述的包括PLC控制器的光路自动切换装置，所述切换方法包括以下步骤：

步骤一，所述PLC控制器发出切换光路指令给光路切换控制模块；

步骤二，所述光路切换控制模块接到所述指令后断开与第一套激光加工系统之间的通讯，转向与第二套激光加工系统建立通讯；

步骤三，所述光路切换控制模块使所述气路切换装置得电而进行气路切换，使所述镜座驱动气缸的活塞杆伸出；

步骤四，所述分光镜通过与所述镜座驱动气缸的活塞杆连接的镜座移动板由从位置A被推到位置B，使分光镜正好位于激光发生器射出的激光束的路径上；

步骤五，所述位置检测装置检测所述镜座驱动气缸的活塞杆的伸出距离是否到位；

步骤六，所述PLC控制器判断位置检测装置发出的检测信号，若位置检测装置发出“到位”的信号，所述PLC控制器控制第二套激光加工系统开始激光加工，若位置检测装置发出“未到位”的信号，所述PLC控制器开启中断加工标志，控制第二套激光加工系统停止激光加工。

本发明的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置及其切换方法具有以下优点：

(1)结构简单，方便进行前期的安装与后期的调试、维护；

(2)受外部PLC控制器的信号控制，由气缸直接驱动，因此响应速度快；

(3)气体流速控制装置可适当降低气缸的运动速度，配合缓冲、限位装置及位置检测装置可消除分光镜在多次往复运动中的位置偏差，并最大化的降低镜座与限位装置碰撞所产生的震动；

(4)可根据生产要求，实时对CO2激光光路进行切换，实现了一台激光发生器与两套激光加工系统的对接。与传统的一台激光发生器对应一套加工系统相比，可以大幅降低系统的使用成本并有效地提高加工效率。

附图说明

图1是本发明的光路自动切换装置的立体结构示意图；

图2是本发明的光路自动切换装置的俯视图；

图3是本发明的光路自动切换装置的工作原理图；

图4是本发明的光路自动切换方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1和图2，本发明的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，包括底座1、滑台2、基架3、一对镜座导轨4、镜座移动板5、镜座6、分光镜7、镜座驱动气缸8、气路切换装置81、两个位置检测装置82、82’、两个气体流速控制装置83、83’、左、右限位挡块91、91’、左、右缓冲装置92、92’和PLC控制器，其中：

底座1呈矩形板并且底面还安装有若干支撑脚；

滑台2纵向地安装在底座1的中部；该滑台2为具有手轮的手动滑台；

基架3包括基板30、前侧板31和左侧板32，前侧板31的左边和左侧板32上分别开设一透光孔，并且前侧板31的前端面和左侧板32的左端面上分别对应透光孔安装一导光法兰34’、34；该基架3可前后移动地安装在滑台2上；

一对镜座导轨4横向地安装在基架3的基板30上；

镜座移动板5可滑动地安装在镜座导轨4上；

镜座6为一等腰直角三棱柱腔体，该镜座6的两个直角边立面上分别开设一个激光穿孔60；该镜座6通过一连接板61及两对螺栓62以一个直角边立面朝左、另一个直角边立面朝后的方式固定在镜座移动板5上；连接板61开设的用于固定在镜座移动板5上的安装孔为横向腰形孔；

分光镜7通过连接法兰安装在镜座6的斜边立面上，该连接法兰上设有两个弹簧，用于控制分光镜7的反光角度；

镜座驱动气缸8与镜座导轨4平行地固定在基架3的基板30上，该镜座驱动气缸8的活塞杆的端头与镜座移动板5的左端连接；该镜座驱动气缸8为双作用气缸；

气路切换装置81为二位五通电磁阀，该气路切换装置81安装在底座1的后端面上并通过气管与镜座驱动气缸8的前腔体和后腔体连通；

两个位置检测装置82、82’均为气缸磁性开关，该两个位置检测装置82分别安装在镜座驱动气缸8的两头；

两个气体流速控制装置83、83’均为单向节流阀，两个气体流速控制装置83分别安装在镜座驱动气缸8的两头；

左限位挡块91和右限位挡块91’一一对应地安装在基架3的基板30的左边和右边；

左缓冲装置92对应左限位挡块91安装在基架3的左侧板32上；

右缓冲装置92’对应右限位挡块91’安装在基架3的基板30的右边；

PLC控制器分别与气路切换装置81和两个位置检测装置82、82’信号连接。

本发明的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，通过镜座驱动气缸8带动分光镜7在两个固定位置间进行切换。用于安装分光镜7的连接法兰上设有两个弹簧，可以控制分光镜7的反光角度；用于固定镜座6的连接板61上开设的横向腰形安装孔，可将分光镜7沿垂直于光路的方向微调，使分光镜7的中心与激光发生器400的射出的激光束40的中心重合；位于镜座驱动气缸8两头的位置检测装置82、82’在检测到镜座驱动气缸8的活塞杆到位后，会输出反馈信号给PLC控制器，作为激光加工中心进行下一步操作的先决条件。

再请参阅图3，本发明的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置的工作时，安装在激光发生器400的前方，并位于第一套激光加工系统100后方，第二套激光加工系统200位于光路自动切换装置的左侧。

当第一套激光加工系统100进行激光加工时，需要将分光镜7处于位置A，即镜座驱动气缸8的活塞杆处于回缩状态，激光发生器400产生的激光束40可直接通过位于基座3的前侧板31上的导光法兰34’进入到第一套激光加工系统100。

当需要第二套激光加工系统200工作时，需要分光镜7处于位置B，使分光镜7正好位于激光发生器射出的激光束40上，此时外部的PLC控制器发出控制信号给PLC控制器内部的光路切换控制模块，该光路切换控制模块通过继电器控制线路将激光发生器400与第一套激光加工系统100的通讯全部断开，并建立激光发生器400与第二套激光加工系统200的通讯。同时，受PLC控制器的信号控制，气路切换装置81(二位五通电磁阀)通电并迅速切换气路，使镜座驱动气缸8的活塞杆伸出，带动镜座移动板5向左移动，由于气体流速控制装置83(单向节流阀)的控制作用，镜座驱动气缸8的活塞杆伸出的速度适当减慢，有利于系统的稳定运行。当镜座移动板5到达位置B的附近时，撞上两个左缓冲装置92并减速撞到左限位挡块91，同时将分光镜7带到位置B，液压缓冲器的存在有效降低了系统的震动。

分光镜7到达位置B后，可通过调节滑台2来改变激光发生器400射出的激光束40经过分光镜7的反射后的激光束40’通过位于基座3的左侧板32上的导光法兰34到达第二套激光加工系统200的位置。同时，由于分光镜7与镜座6的连接法兰上有两个弹簧，通过调节其伸缩量可以对反射后的激光束40’进入第二套激光加工系统200的位置进行微调。

同时，当分光镜7到达位置B后，镜座驱动气缸8上的位置检测装置82(磁性开关)接通，并将“到位”信号传输给PLC控制器，PLC控制器以该信号作为先决条件，来运行后面的加工程序。如果分光镜7不到位，PLC控制器未收到“到位”信号，将激活加工中心系统内的加工中断标志位，使激光发生器400的能量受限，无法产生激光。

再请参阅图4，本发明的基于两套激光加工系统的光路自动切换方法，执行于本发明的包括PLC控制器的光路自动切换装置并包括以下步骤：

步骤一，PLC控制器发出切换光路指令给光路切换控制模块；

步骤二，光路切换控制模块接到指令后断开与第一套激光加工系统100之间的通讯，转向与第二套激光加工系统200建立通讯；

步骤三，光路切换控制模块使气路切换装置81(二位五通电磁阀)得电而进行气路切换，使镜座驱动气缸8的活塞杆伸出；

步骤四，分光镜7通过与镜座驱动气缸8的活塞杆连接的镜座移动板5由从位置A被推到位置B，使分光镜7正好位于激光发生器400射出的激光束40的路径上；

步骤五，位置检测装置82(气缸磁性开关)检测镜座驱动气缸8的活塞杆的伸出距离是否到位；

步骤六，PLC控制器判断位置检测装置82发出的检测信号，若位置检测装置82发出“到位”的信号，PLC控制器控制第二套激光加工系统200开始激光加工，若位置检测装置82发出“未到位”的信号，PLC控制器开启中断加工标志，控制第二套激光加工系统200停止激光加工。

本发明的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置及其切换方法具有以下优点：

(1)结构简单，方便进行前期的安装与后期的调试、维护；

(2)受外部PLC控制器的信号控制，由气缸直接驱动，因此响应速度快；

(3)气体流速控制装置可适当降低气缸的运动速度，配合缓冲、限位装置及位置检测装置可消除分光镜在多次往复运动中的位置偏差，并最大化的降低镜座与限位装置碰撞所产生的震动；

(4)可根据生产要求，实时对CO2激光光路进行切换，实现了一台激光发生器与两套激光加工系统的对接。与传统的一台激光发生器对应一套加工系统相比，可以大幅降低系统的使用成本并有效地提高加工效率。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，安装在激光发生器的前方，该光路自动切换装置包括底座、滑台、基架、一对镜座导轨、镜座移动板、镜座、分光镜、镜座驱动气缸、气路切换装置、两个位置检测装置和PLC控制器，其特征在于，

所述底座呈矩形板并且底面还安装有若干支撑脚；

所述滑台纵向地安装在所述底板的中部；

所述基架包括基板、前侧板和左侧板，前侧板的左边和左侧板上分别开设一透光孔；该基架可前后移动地安装在所述滑台上；

所述一对镜座导轨横向地安装在所述基架的基板上；

所述镜座移动板可滑动地安装在所述镜座导轨上；

所述镜座为一等腰直角三棱柱腔体，该镜座的两个直角边立面上分别开设一个激光穿孔；该镜座通过一连接板及至少一对螺栓以一个直角边立面朝左、另一个直角边立面朝后的方式固定在所述镜座移动板上；

所述分光镜安装在所述镜座的斜边立面上；

所述镜座驱动气缸与所述镜座导轨平行地固定在所述基架的基板上，该镜座驱动气缸的活塞杆的端头与所述镜座移动板的一端连接；该镜座驱动气缸为双作用气缸；

所述气路切换装置为一二位五通电磁阀并安装在所述底座的后端面上并通过气管与所述镜座驱动气缸的前腔体和后腔体连通；

两个所述位置检测装置均为气缸磁性开关并分别安装在所述镜座驱动气缸的两头；

所述PLC控制器分别与所述气路切换装置和两个位置检测装置信号连接。

2.根据权利要求1所述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其特征在于，所述基架的前侧板的前端面和左侧板的左端面上分别对应所述透光孔安装一导光法兰。

3.根据权利要求1所述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其特征在于，所述镜座驱动气缸的两头还分别安装一气体流速控制装置。

4.根据权利要求1所述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其特征在于，所述光路自动切换装置还包括左限位挡块、右限位挡块、一右缓冲装置和一对左缓冲装置，所述左限位挡块和右限位挡块一一对应地安装在基架的基板的左边和右边；所述右缓冲装置对应所述右限位挡块安装在基板的右边，所述一对左缓冲装置对应所述左限位挡块安装在基架的左侧板上。

5.根据权利要求1所述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其特征在于，所述连接板上开设的用于固定在所述镜座移动板上的安装孔为横向腰形孔。

6.根据权利要求1所述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其特征在于，所述分光镜通过连接法兰安装在所述镜座上，该连接法兰上设有两个弹簧。

7.根据权利要求1所述的基于两套激光加工系统的光路自动切换装置，其特征在于，所述滑台为具有手轮的手动滑台。

8.一种基于两套激光加工系统的光路自动切换方法，执行于如权利要求1所述的包括PLC控制器的光路自动切换装置，其特征在于，所述切换方法包括以下步骤：

步骤一，所述PLC控制器发出切换光路指令给光路切换控制模块；

步骤二，所述光路切换控制模块接到所述指令后断开与第一套激光加工系统之间的通讯，转向与第二套激光加工系统建立通讯；

步骤三，所述光路切换控制模块使所述气路切换装置得电而进行气路切换，使所述镜座驱动气缸的活塞杆伸出；

步骤四，所述分光镜通过与镜座驱动气缸的活塞杆连接的镜座移动板由从位置A被推到位置B，使分光镜正好位于激光发生器射出的激光束的路径上；

步骤五，所述位置检测装置检测所述镜座驱动气缸的活塞杆的伸出距离是否到位；

步骤六，所述PLC控制器判断位置检测装置发出的检测信号，若位置检测装置发出“到位”的信号，所述PLC控制器控制第二套激光加工系统开始激光加工，若位置检测装置发出“未到位”的信号，所述PLC控制器开启中断加工标志，控制第二套激光加工系统停止激光加工。