CN105710539B - 一种激光切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光切割技术领域，公开了一种激光切割系统，该切割系统包括激光光源组件、光学组件、三维运动组件和计算机，其中三维运动组件包括xy轴移动平台和z轴移动平台，xy轴移动平台带动待加工材料实现x、y方向移动，z轴移动平台带动光学组件实现z方向移动；所述激光光源组件发射加工激光束，加工激光束经过光学组件作用后，形成第二加工激光束和第三加工激光束聚焦在待加工材料上对其进行加工，第二加工激光束和第三加工激光束之间形成无激光束的第一区域；计算机分别与激光光源组件、光学组件、xy轴移动平台和z轴移动平台连接。本发明能够观察、检测待加工材料表面的图像，并能够自动调整加工光束的焦点。

Description

一种激光切割系统

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，更具体的说，特别涉及一种激光切割系统。

背景技术

激光由于其高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的优点，已经广泛应用于科研、国防、工业等国民生产的重要方面。在工业领域，激光加工作为先进制造技术，具有高效、高精度、高质量、范围广、节能环保并能实现柔性加工和超微细加工的优点，在汽车、电子电路、电器、航空航天、钢铁冶金、机械制造等领域得到了广泛的应用，且在某些行业(例如汽车、电子行业等)已经达到较高的水平。对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

激光切割是激光加工中比较常见，应用也比较广泛的一种方式。随着激光切割在各个领域的广泛使用，各种材料的切割使用到了激光切割方式。随着工业的发展，尤其是电子产品的小型化，对于加工材料的精密切割日渐成为激光切割的主要发展方向。精密激光切割属于材料的微细加工范畴，需达到高精度、准确、迅速、自动化的加工方式，在精密激光切割中，气嘴与被切割材料表面的相对位置决定了切割断面质量及最佳切割速度。切割时，需要维持气嘴到工件表面的相对高度一致。对于材料厚薄不均匀、表面起伏不平的材料，普通的激光切割机不能够准确的对焦，造成切割质量下降，而且不能获得最佳的切割速度。

为了维持在切割过程中，气嘴与材料表面的相对高度一致，采用在气嘴上使用电容调高器进行调节及控制，即在气嘴上安装电容调高器，电容调高器和待切割的金属材料之间形成电容，通过检测两者形成的电容的大小，来调节Z轴的高度，从而维持气嘴和待切割材料之间的高度差恒定。但是使用电容调高器仅仅能够在切割金属时起作用，电容调高器在切割非金属时，因为形成的电容非常小，难以检测及控制，所以电容调高器无法用于非金属材料。

在切割中，为了提高切割质量，控制切割过程以及监视切割效果，需要对进行实时监控。所以激光切割中有可能需要实时监视、观察待切割材料表面的装置；

在激光切割中，为了清楚的实时观察、监视待切割材料表面，需要在待切割材料表面照射一定的光线，以便为实时观察、监视提供条件。所以激光切割中有可能需要为实时观察、监视提供照明。

激光切割中，还需要自动寻焦、调焦装置，实时监视、观察装置，照明装置等，但是并非所以激光切割应用都需要所有这些功能，所以考虑到成本问题、系统的复杂性，具体激光切割应用的具体需要等，所以需要将这些功能进行模块化，当激光切割应用需要某一功能时，具体的安装对应的装置模块，既能够节省成本，又能够降低系统复杂性以便实现。

目前激光切割普通使用激光切割头，在目前的激光切割头基础上，实现添加这些功能模块比较困难，所以需要改进光学系统的聚焦部分，以便各种装置模块完成其功能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种激光切割系统，能够观察、检测待加工材料表面的图像，并能够自动调整加工光束的焦点。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种激光切割系统，该切割系统包括激光光源组件、光学组件、三维运动组件和计算机，其中三维运动组件包括xy轴移动平台和z轴移动平台，xy轴移动平台带动待加工材料实现x、y方向移动，z轴移动平台带动光学组件实现z方向移动；

所述激光光源组件发射第一加工激光束，第一加工激光束经过光学组件作用后，形成第二加工激光束和第三加工激光束聚焦在待加工材料上对其进行加工，第二加工激光束和第三加工激光束之间形成无激光束的第一区域；计算机分别与激光光源组件、光学组件、xy轴移动平台和z轴移动平台连接。

所述切割系统还包括辅助气体装置，其设置在待加工材料和光学组件之间；辅助气体装置包括保护镜片和气嘴，气嘴的上部侧壁上加工有辅助气体入口，气嘴的顶部开口设置有保护镜片，底部中心的孔与待加工材料位置相对应。

所述激光光源组件包括激光器、滤光片、准直扩束装置和第一反射镜，其中激光器发射第一加工激光束，经过滤光片滤光后，到达准直扩束装置得到平行光束，并经过第一反射镜反射后进入光学组件。

所述光学组件包括第二反射镜和聚焦镜，第一加工激光束经过第二反射镜反射后到达聚焦镜，并经过聚焦镜作用后形成第二加工激光束和第三加工激光束。

所述聚焦镜的中心加工有通孔作为第二聚焦镜区域，聚焦镜上并位于通孔的两侧分别加工有弧面作为第一聚焦镜单元和第三聚焦镜单元，第一聚焦镜单元和第三聚焦镜单元均与第二反射镜的位置相对应，第二聚焦镜区域同轴位于第一区域上方。

所述光学组件还包括特殊功能模块，其同轴设置在第二聚焦镜区域的上方，对待加工材料表面进行实时监测、观察、采集和照明。

所述特殊功能模块采用实时监测装置，其包括电荷耦合器件和透镜组；第一加工激光束被待切割材料表面反射形成成像光束，成像光束穿过第二聚焦镜区域并经过透镜组透射聚焦后，到达电荷耦合器件，电荷耦合器件将接收到的光信号转化为电信号，并输出给计算机

所述特殊功能模块还采用自动调焦装置，实时监测装置还包括第一滤光片和第三反射镜，成像光束透过第三反射镜后到达透镜组，透镜组透射聚焦后的成像光束经过第一滤光片滤光处理后到达电荷耦合器件；

所述自动调焦装置包括探测光源、第一透镜、第四反射镜、第五反射镜、第二透镜、第二滤光片和采集光束接收器，探测光源发出探测光束，探测光束经过第一透镜透射后，被第四反射镜反射后，经过第五反射镜透射后，被第三反射镜反射，并穿过第二聚焦镜区域至待加工材料表面；

待加工材料的表面将探测光束部分反射形成采集光束，采集光束穿过第二聚焦镜区域，并依次被第三反射镜、第五反射镜反射后，经过第二透镜透射并经过第二滤光片滤光处理后，聚焦在采集光束接收器表面，采集光束接收器将采集到信号传输给计算机。

所述特殊功能模块还采用照明装置，其包括照明光源和第三透镜，照明光源发出照明光束，经过第三透镜透射后，并依次透过第四反射镜和第五反射镜，被第三反射镜反射后，穿过第二聚焦镜区域至待加工材料表面形成照明区域。

所述聚焦镜采用两片平面镜作为第一聚焦镜单元和第三聚焦镜单元，两者之间形成的区域作为第二聚焦镜区域；第二反射镜和聚焦镜能够互换位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明中通过计算机控制，并通过三维移动组件带动光学组件和待加工材料运动，即能够调整光学组件与待加工材料之间的位置，其方便操作；如果待加工材料表面不平整、变形等，计算机将实时探测、采集、计算光学组件与待加工材料的相对位置，并控制三维移动组件进行实时调整，从而始终维持光学组件与待切割材料的相对位置，从而保证激光加工效果，加工质量稳定、均匀，并达到最佳加工效率。另外，普通的激光随动装置仅仅针对金属材料的切割，本发明中，无论任何材料类型，都可以使用其自动调焦功能，因此不受待切割材料种类的限制。

2、本发明能够不损失加工激光束的能量，聚焦镜内形成第二聚焦镜区域，其同轴位于第一区域上方，第一区域内不存在加工激光束，也就不存在加工激光束入射到待切割材料表面后被带切割材料表面反射的光，所以第一区域内不存在任何光束，因此方便在第一区域同轴空间内或上方安排光学元件、探测器、传感器等，实现实时监测，自动寻焦、调焦，照明等特殊功能。

3、本发明在第一区域同轴空间内设置特殊功能模块，其可以包含实时监测装置、自动调焦装置和照明装置这三部分，或者仅包含其中某中一部分，或者包含任意两部分；照明装置采用照明光源发射照明光束，能够将待切割材料表面进行照明，方便激光加工也方便于获得待切割材料表面的清晰的图像信息；此外，自动调焦装置能够始终维持待切割材料的表面与光学组件的相对距离，通过实时监测装置的电荷耦合器件能够维持其实时监测，从而保证实时监测待切割材料表面的图像的清晰，并能够自动寻找焦点位置，判断待加工材料是否位于恰当的位置。

附图说明

图1为本发明激光切割系统的原理图。

图2为本发明激光切割系统的光路示意图。

图3为本发明激光切割系统中聚焦镜的结构示意图。

图4为本发明中特殊功能模块的结构及光路示意图。

图5为本发明中聚焦镜的替代结构图。

图6为本发明中聚焦镜的替代结构图。

附图标记说明：1-激光光源组件、11-激光器、12-滤光片、13-准直扩束装置、14-第一反射镜、15-第一加工激光束、151-第二加工激光束、152-第一区域、153-第三加工激光束、2-光学组件、21-第二反射镜、22-聚焦镜、23-特殊功能模块、221-第一聚焦镜单元、222-第二聚焦镜区域、223-第三聚焦镜单元、154-加工激光束焦点、30-实时监测装置、40-自动调焦装置、50-照明装置、35-成像光束、31-电荷耦合器件、32-第一滤光片、33-透镜组、34-第三反射镜、41-探测光源、42-第一透镜、43-第四反射镜、44-第五反射镜、45-第二透镜、46-第二滤光片、47-采集光束接收器、48-探测光束、49-采集光束、51-照明光源、52-第三透镜、53-照明光束、6-辅助气体装置、61-辅助气体入口、62-气嘴、63-保护镜片、7-待切割材料、8-三维运动组件、82-xy轴移动平台、83-z轴移动平台、9-计算机

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参阅图1所示，本发明提供的一种激光切割系统，该切割系统包括激光光源组件1、光学组件2、辅助气体装置6、三维运动组件8和计算机9，其中三维运动组件8包括xy轴移动平台82和z轴移动平台83，待加工材料7设置在xy轴移动平台82上，xy轴移动平台82带动待加工材料7实现x、y方向移动，光学组件2设置在z轴移动平台83上，z轴移动平台83带动光学组件2实现z方向移动。

所述激光光源组件1发射第一加工激光束15(参阅图2)，第一加工激光束15经过光学组件2作用后，聚焦在待加工材料7上对其进行加工，辅助气体装置6设置在待加工材料7和光学组件2之间。

计算机9分别与激光光源组件1、光学组件2和三维运动组件8连接，主要控制xy轴移动平台82和z轴移动平台83的运动；控制激光光源组件1发射激光光束的设置、实时调节等；控制光学组件2中的特殊功能模块23等。

上述中各个组件的功能和原理分别阐述如下：

所述辅助气体装置6用于针对需要使用辅助气体的激光切割，其包括保护镜片62和气嘴63，气嘴63上部侧壁上加工有辅助气体入口61，气嘴63的顶部开口设置有保护镜片62。针对需要使用辅助气体的激光切割应用时，将其设置在密封的光学组件2和待加工材料7之间，辅助气体由辅助气体入口61进入气嘴62内腔，然后由气嘴62底部中心的孔吹出，而加工激光束聚焦后，也从气嘴62底部中心的孔射出，因此辅助气体与加工激光束同轴，从而对待切割材料7进行切割。

所述激光光源组件1主要用于发射第一加工激光束15，用于对待切割材料6的加工，其包括激光器11、滤光片12、准直扩束装置13和第一反射镜14，其中激光器11、滤光片12、准直扩束装置13和第一反射镜14沿水平方向依次设置，且中心位于同一直线上。

激光光源组件1中各部分的功能和原理如下：

激光器11发射加工激光束15，其波长可以为200nm～12000nm，可以为连续运转或者脉冲运转，若为脉冲运转，其频率为1kHz～1000kHz，其脉宽为1ps～10μs，即10^-12s～10^{- 5}s。

第一加工激光束15首先到达滤光片12，滤光片12能够透过且只能够透过第一加工激光束15，对其他波长的光束进行吸收，其主要作用是为了防止其他波长的激光束从外部进入激光器11内，对激光器11造成损害，因此起到保护激光器11的作用。

准直扩束装置13为组合式透镜组，其表面都镀对第一加工激光束15高透射的膜层，以便第一加工激光束15更加无损失的透过；准直扩束装置13能够增大沿着其光轴入射的第一加工激光束15的光斑直径，从而减小其发散角，得到近似平行光束。

第一加工激光束15然后到达第一反射镜14，其表面镀对加工激光束15的高反射的膜层，因此将加工激光束15进行45°反射，进入光学组件2。

本发明中的激光光源组件1与光学组件2，两者可以整体相对移动，即，若调节准直扩束装置13内的透镜到合适位置，使得透过准直扩束装置13后的第一加工激光束15成为平行光束，则光学组件2整体可以沿着第一加工激光束15被第一反射镜14反射后的方向相对移动，而不会改变激光加工效果。

所述光学组件2主要包含第二反射镜21、聚焦镜22和特殊功能模块23，完成聚焦加工激光束、自动调焦、实时监测等功能。第二反射镜21平行设置在第一反射镜14下方，聚焦镜22与第二反射镜21沿水平方向设置，特殊功能模块23设置在聚焦镜22的上方。

如图2和图3所示，聚焦镜22包括第一聚焦镜单元221和第三聚焦镜单元223，其中，聚焦镜22的中心加工有通孔作为第二聚焦镜区域222，聚焦镜22上并位于通孔的两侧分别加工有弧面作为第一聚焦镜单元221和第三聚焦镜单元223，两者的弧面上都镀对第一加工激光束15的高反射膜层，并与第二反射镜21的位置相对应，因此第一加工激光束15被高反射，得到第二加工激光束151和第三加工激光束153；第二聚焦镜区域222的底端位于第一聚焦镜单元221和第三聚焦镜单元223两者弧面的端部，并与第一加工激光束15的光束中心轴共线，所以第二聚焦镜区域222并不反射第一加工激光束15，即第二加工激光束151和第三加工激光束153分别位于第二聚焦镜区域222下方第一区域152的两侧。

本发明中，在同一材料上加工出第一聚焦镜单元221和第三聚焦镜单元223这两个部分，如图3，在聚焦镜22中心加工通孔，形成第二聚焦镜区域222，为了加工方便，也为了此通孔的作用，将通孔的顶端倒角形成锥形，一方面在材料加工时方便，另一方面能够更好的发挥第二聚焦镜区域222的作用。本发明中，要求第一聚焦镜单元221和第三聚焦镜单元223，将入射的第一加工激光束15聚焦后，得到的第二加工激光束151和第三加工激光束153，其焦点为同一点即加工激光束焦点154。

本发明中，能够不损失第一加工激光束15的能量，由于第二聚焦镜区域222和第一区域152的存在，第一区域152内不存在第一加工激光束15，也就不存在第一加工激光束15入射到待切割材料7表面后被待切割材料7表面反射的光，即第一区域152内不存在光束，从而方便在第一区域152同轴的空间内设置光学元件、探测器、传感器等，在激光加工过程或者待切割材料7表面，实现实时监测，自动寻焦、调焦，照明等特殊功能，且与第一加工激光束15同轴。

在第一区域152的上方即在第二聚焦镜区域222上方，设置特殊功能模块23。另外，因为第二加工激光束151和第三加工激光束153近似对称的分布在第一区域152的两侧，因此第一区域152可看作第一加工激光束15被聚焦后的中心轴区域，因此如果特殊功能模块23的中心轴与第一加工激光束15被聚焦后光束的中心轴相同，才能够实现同轴监测、观察等功能。

本发明中，光学组件2可以不包括特殊功能模块23，而仅包含第二反射镜21和聚焦镜22，即可完成基本的对第一加工激光束15进行反射、聚焦，然后对待切割材料7进行加工的功能。

所述特殊功能模块23包含实时监测装置30、自动调焦装置40和照明装置50，分别实现实时监测、观察、自动寻焦、调焦和照明功能，本发明不限制特殊功能模块的功能，即特殊功能模块23可以包含上述3部分中的任意1部分，或者任意2部分的组合，或者包含全部的3部分。

本实施例中同时采用上述三个部分，如图4所示，在第一区域152上方设置特殊功能模块23，其中实时监测装置30主要完成实时监测、观察激光加工过程及待切割材料7表面的功能。其包括电荷耦合器件31、第一滤光片32、透镜组33和第三反射镜34，上述部件由上至下依次同轴设置。

实时监测装置30中各部分的功能原理如下：第二加工激光束151和第三加工激光束153被待切割材料7表面反射形成成像光束35，其波长为200nm～2000nm，成像光束35首先穿过第一区域152，到达第三反射镜34，第三反射镜34两个表面都镀对成像光束35高透射的膜层，因此成像光束35透过第三反射镜34，到达透镜组33，透镜组33为一组透镜组合，其镜片都镀对成像光束高透射的膜层，能够将来自待切割材料7表面的成像光束35聚焦，成像光束35穿过第一滤光片32，聚焦在电荷耦合器件31表面，电荷耦合器件31即图像传感器，能够将光学影像转化为数字信号，其可以使用电荷耦合元件(CCD)或者互补金属氧化装置(CMOS)，电荷耦合器件31接收的图像信息传输到计算机9。

本发明中，如果特殊功能模块23仅包含实时监测装置30时，则不需要第三反射镜34，同时也不需要滤光片32。如果特殊功能模块23包含实时监测装置30，同时包含自动调焦装置40或照明装置50，因自动调焦装置40或照明装置50中含有光源，将发射光束到第一区域152，而电荷耦合器件31对入射的光束能量敏感，而且容易损坏，自动调焦装置40或照明装置50发出的光将有可能对电荷耦合器件31造成损伤，因此采用第一滤光片32，将自动调焦装置40的探测光束48的波段能量以及照明装置50的照明光束53的波段能量滤去。此外，电荷耦合器件31表面与待切割材料7表面是光学互相共轭关系，电荷耦合器件31接收的图像信息传输到计算机9，所以本发明可以实现对待切割材料7表面上实时监测和观察。

所述自动调焦装置40包括探测光源41、第一透镜42、第四反射镜43、第五反射镜44、第二透镜45、第二滤光片46和采集光束接收器47，其中探测光源41、第一透镜42和第四反射镜43由上至下同轴设置，第五反射镜44、第二透镜45、第二滤光片46和采集光束接收器47由下至上同轴设置，第四反射镜43和第五反射镜44平行后并与第三反射镜34平行。

自动调焦装置40中各部分的功能和原理如下：

探测光源41可以使用激光二极管或者发光二极管或者氦氖激光器或者半导体泵浦的固体激光器等，其发出探测光束48，探测光束48的波长范围为300nm～1000nm，首先探测光束48到达第一透镜42，第一透镜42的上下表面都镀对探测光束48高透射的膜层，将探测光束48聚焦，然后到达第四反射镜43的上表面，其上表面镀对探测光束48的高反射膜层，因此探测光束48被反射，到达第五反射镜44，其表面镀对探测光束48高透射的膜层，方便探测光束48高效透射，然后到达第三反射镜34的下表面，第三反射镜34的下表面镀对探测光束48的高反射膜层，使其被反射，垂直入射到待切割材料7表面。

如果本发明的特殊功能模块23仅包含自动调焦装置40，即不包含实时监测装置30，也就不包含第三反射镜34，则第五反射镜44的下表面需要镀对探测光束48高反射的膜层，以便将探测光束48反射到待切割材料7表面。

探测光束48垂直入射到待切割材料7表面后，部分被待切割材料7表面反射，形成采集光束49，采集光束49波段与探测光束48相同，采集光束49首先穿过第一区域152，到达第三反射镜34，因第三反射镜34表面镀对探测光束48的高反射膜，即对采集光束49高反射的膜层，因此采集光束49被高反射，同样，被第五反射镜44反射，到达第二透镜45，第二透镜45可以为单片式透镜，或者为透镜组，第二透镜45上下表面镀对采集光束49高透射的膜层，因此采集光束49透过第二透镜45，并被聚焦，到达第二滤光片46，经过第二滤光片46滤光处理后，聚焦在采集光束接收器47表面。

由于采集光束接收器47对入射的光束能量敏感，而且容易损坏，而且入射的采集光束49的能量波动将影响采集光束接收器47的探测精度，因此本发明采用第二滤光片46，将采集光束49中的非采集部分光波能量滤掉，以保护采集光束接收器47不被损伤，第二滤光片46同样保证进入到采集光束接收器47内的光束的波段仅有采集光束49，从而保证其探测准确。采集光束接收器47可以为光电二极管，或者其他类型的光电探测器，其将探测进入的采集光束49在其表面所形成的光斑大小、能量等，并将其信号发送到计算机9。

当第一加工激光束15聚焦到待切割材料7的表面，调节自动调焦装置40，将探测光束48的焦点调节至待切割材料7表面，即探测光束48的焦点与加工激光束焦点154同位于待切割材料7表面。然后调节采集光束接收器47的位置，使得采集光束49的焦点也恰好在采集光束接收器47的表面，此时，采集光束49在采集光束接收器47表面形成的光斑最小，能量密度最高，采集光束接收器47将此时探测到的信号发送至计算机9进行存储。待切割材料7表面与采集光束接收器47的表面为光学共轭关系。

如果待切割材料7的表面偏离加工激光束焦点154，也就偏离了探测光束48的焦点，所以此时采集光束49在采集光束接收器47的表面形成的光斑大小将改变，而且能量密度也将改变。所以采集光束接收器47不断探测采集光束49在其表面形成的光斑大小和能量密度，并将信号发送至计算机9，计算机9将其与已经存储的光斑大小、能量密度进行比较、判断。如果两者不同，则表明探测光束48的焦点不在待切割材料7表面，则表明加工激光束焦点154偏离待切割材料7表面，则计算机9将控制z轴移动平台83，带动光学组件2整体移动，从而带动自动调焦装置40移动。在z轴移动过程中，采集光束接收器47将不断探测采集光束的光斑大小、能量密度，并不断将其发送到计算机9进行判断、比较，直到将探测光束48的焦点调节至待切割材料7的表面，则此时加工激光束焦点154也调节至待切割材料7的表面，所以能够实现自动寻焦的功能。

此外，在激光切割过程中，如果待切割材料7的厚薄不均匀、表面起伏不平的，则探测光束48的焦点将偏离待切割材料7表面，此时自动调焦装置的采集光束接收器47将不断探测采集光束49在其表面形成的光斑大小、能量密度，计算机9接收到探测光束48的焦点偏离待切割材料7表面后，将控制z轴移动平台83上下移动，带动光学组件2整体移动，从而调节光学组件2与待切割材料7表面的相对距离，将探测光束48的焦点调节至待切割材料7的表面，即将加工激光束焦点154调节至待切割材料7的表面，所以本发明能够将加工激光束焦点154调节至待切割材料7表面，实现自动寻焦功能，另外如果待切割材料7厚度不均匀、表面不平整，也能够保持探测光束48的焦点在待切割材料7表面，也就是维持加工激光束焦点154的随动，从而保证切割质量的稳定性。

所述照明装置50包含照明光源51和第三透镜52，照明光源51和第三透镜52沿水平方向同轴设置，第三透镜52与第四反射镜43同轴设置。

照明装置50中各部分功能原理如下：

照明光源51可以采用普通白光光源，或者发光二极管光源或者半导体激光器光源，其波长可以为300nm～1000nm，其发射的照明光束53，将首先到达第三透镜52，第三透镜52可以为单片式透镜，也可以为多片式组合透镜，其表面都镀对照明光束53的高透射膜层，以便照明光束53高效透过，第三透镜52将对照明光束53进行聚焦。照明光束53依次透过第四反射镜43和第五反射镜44，两者表面都镀对照明光束53高透射的膜层，以便照明光束53高效透过，照明光束53将到达第三反射镜34的下表面，第三反射镜34的下表面镀对照明光束53的高反射膜层，将照明光束53反射，垂直入射至待切割材料7表面，在待切割材料7表面形成一定大小的照明区域，将加工激光束焦点154附近范围进行照明，一方面为激光束加工区域提供照明，另一方面，为实时监测装置30提供照明，即为实时监测装置30提供照明，以便实时监测装置30能够获得清晰的图像。此外，照明装置50一般配合实时监测装置30，为其提供照明。

本发明中，光学组件2中的第二反射镜21和聚焦镜22可以采用如下实例进行替代：

如图5所示，第二反射镜21采用非平面反射镜，将入射的第一加工激光束15反射、汇聚，而聚焦镜22则为2片平面镜作为第一聚焦镜单元221和第三聚焦镜单元223，两者之间形成的区域作为第二聚焦镜区域222，反射镜21表面、第一聚焦镜单元221及第三聚焦镜单元223的表面都镀对加工激光束高反射的膜层。

如图6所示，第二反射镜21采用非平面镜，而聚焦镜22采用2片平面镜组成，并将第二反射镜21和聚焦镜22位置互换，即第一聚焦镜单元221和第三聚焦镜单元223设置在第一反射镜14下方，第二反射镜21与聚焦镜22沿水平方向设置，并位于待加工材料7和光学组件2之间。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光切割系统，其特征在于：该切割系统包括激光光源组件(1)、光学组件(2)、三维运动组件(8)和计算机(9)，其中三维运动组件(8)包括xy轴移动平台(82)和z轴移动平台(83)，xy轴移动平台(82)带动待加工材料(7)实现x、y方向移动，z轴移动平台(83)带动光学组件(2)实现z方向移动；

所述激光光源组件(1)发射第一加工激光束(15)，第一加工激光束(15)经过光学组件(2)作用后，形成第二加工激光束(151)和第三加工激光束(153)聚焦在待加工材料(7)上对其进行加工，第二加工激光束(151)和第三加工激光束(153)之间形成无激光束的第一区域(152)；计算机(9)分别与激光光源组件(1)、光学组件(2)、xy轴移动平台(82)和z轴移动平台(83)连接；

所述光学组件(2)包括第二反射镜(21)和聚焦镜(22)，第一加工激光束(15)经过第二反射镜(21)反射后到达聚焦镜(22)，并经过聚焦镜(22)作用后形成第二加工激光束(151)和第三加工激光束(153)；

所述聚焦镜(22)的中心加工有通孔作为第二聚焦镜区域(222)，聚焦镜(22)上并位于通孔的两侧分别加工有弧面作为第一聚焦镜单元(221)和第三聚焦镜单元(223)，第一聚焦镜单元(221)和第三聚焦镜单元(223)均与第二反射镜(21)的位置相对应，第二聚焦镜区域(222)同轴位于第一区域(152)上方。

2.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于：所述切割系统还包括辅助气体装置(6)，其设置在待加工材料(7)和光学组件(2)之间；辅助气体装置(6)包括保护镜片(62)和气嘴(63)，气嘴(63)的上部侧壁上加工有辅助气体入口(61)，气嘴(63)的顶部开口设置有保护镜片(62)，底部中心的孔与待加工材料(7)位置相对应。

3.根据权利要求1或2所述的激光切割系统，其特征在于：所述激光光源组件(1)包括激光器(11)、滤光片(12)、准直扩束装置(13)和第一反射镜(14)，其中激光器(11)发射第一加工激光束(15)，经过滤光片(12)滤光后，到达准直扩束装置(13)得到平行光束，并经过第一反射镜(14)反射后进入光学组件(2)。

4.根据权利要求3所述的激光切割系统，其特征在于：所述光学组件(2)还包括特殊功能模块(23)，其同轴设置在第二聚焦镜区域(222)的上方，对待加工材料(7)表面进行实时监测、观察、采集和照明。

5.根据权利要求4所述的激光切割系统，其特征在于：所述特殊功能模块(23)采用实时监测装置(30)，其包括电荷耦合器件(31)和透镜组(33)；第一加工激光束(15)被待切割材料(7)表面反射形成成像光束(35)，成像光束(35)穿过第二聚焦镜区域(222)并经过透镜组(33)透射聚焦后，到达电荷耦合器件(31)，电荷耦合器件(31)将接收到的光信号转化为电信号，并输出给计算机(9)。

6.根据权利要求5所述的激光切割系统，其特征在于：所述特殊功能模块(23)还采用自动调焦装置(40)，实时监测装置(30)还包括第一滤光片(32)和第三反射镜(34)，成像光束(35)透过第三反射镜(34)后到达透镜组(33)，透镜组(33)透射聚焦后的成像光束(35)经过第一滤光片(32)滤光处理后到达电荷耦合器件(31)；

所述自动调焦装置(40)包括探测光源(41)、第一透镜(42)、第四反射镜(43)、第五反射镜(44)、第二透镜(45)、第二滤光片(46)和采集光束接收器(47)，探测光源(41)发出探测光束(48)，探测光束(48)经过第一透镜(42)透射后，被第四反射镜(43)反射后，经过第五反射镜(44)透射后，被第三反射镜(34)反射，并穿过第二聚焦镜区域(222)至待加工材料(7)表面；

待加工材料(7)的表面将探测光束(48)部分反射形成采集光束(49)，采集光束(49)穿过第二聚焦镜区域(222)，并依次被第三反射镜(34)、第五反射镜(44)反射后，经过第二透镜(45)透射并经过第二滤光片(46)滤光处理后，聚焦在采集光束接收器(47)表面，采集光束接收器(47)将采集到信号传输给计算机(9)。

7.根据权利要求6所述的激光切割系统，其特征在于：所述特殊功能模块(23)还采用照明装置(50)，其包括照明光源(51)和第三透镜(52)，照明光源(51)发出照明光束(53)，经过第三透镜(52)透射后，并依次透过第四反射镜(43)和第五反射镜(44)，被第三反射镜(34)反射后，穿过第二聚焦镜区域(222)至待加工材料(7)表面形成照明区域。

8.根据权利要求3所述的激光切割系统，其特征在于：所述聚焦镜(22)采用两片平面镜作为第一聚焦镜单元(221)和第三聚焦镜单元(223)，两者之间形成的区域作为第二聚焦镜区域(222)；第二反射镜(21)和聚焦镜(22)能够互换位置。