CN107813060A - 一种光纤激光切割机用反射式切割头及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤激光切割机用反射式切割头及控制方法，自动聚焦系统安装在切割头主体上部，所述金属材质全反射镜位于自动聚焦系统一侧，所述高度传感器位于切割头主体下端，喷嘴位于高度传感器底部，CNC与切割头主体、高度传感器、自动聚焦系统连接，高度传感器感知喷嘴底部距离切割板材不同间隙，从而CNC计算出间隙。根据不同的间隙值要求，CNC控制切割头主体上下移动，CNC还控制自动聚焦系统改变光斑的发散角来实现对焦点的控制；本发明实现从穿孔到切割完成的切割全过程焦点及穿孔时间自动控制，无需手工干预，同时，采用金属材质全反射镜替代全部非金属材质的准直透镜、聚焦透镜，能适用功率高的激光器，能实现快速冷却。

Description

一种光纤激光切割机用反射式切割头及控制方法

技术领域

本发明涉及一种激光加工装置，具体涉及一种光纤激光切割机用反射式切割头，本发明还涉及一种光纤激光切割机用反射式切割头的控制方法。

背景技术

激光切割机在工业中应用越来越广。激光切割过程包含穿孔和切割过程，在进行穿孔时，无论是碳钢或者是不锈钢，当焦点位于材料表面或者材料表面以下时，穿孔的效率较高，但是对于切割来言，碳钢和不锈钢是不一样的。当切割不同厚度的材料，焦点距板材表面的深度不同，需根据板材种类和厚度及时调整。

仅就穿孔过程，对厚板而言，最佳穿孔方案为焦点位置从始至终在变化，以实现最高效穿孔。

常规切割头，针对不同材质、不同厚度的切割板材，需要人工调整焦点高度，不能实现穿孔过程中的焦点实时变化，造成整个过程多次人工干预，无法实现智能控制，无法实现高质量和高效率的切割。

常规光纤切割机用切割头，光路部分包括准直镜、聚焦镜和保护镜片，其中保护镜片为易损件。上述镜片均为透镜，非金属材质，具有冷却困难，通过激光束功率受限的缺陷，通常不能超过8KW。

常规光纤切割机用切割头，为实现自动聚焦功能，必然有能使聚焦镜沿光路前后移动的装置，此装置为机械结构，存在切割头运行时加速度极限值限制，成为切割机加速度限制的瓶颈。目前最好参数为20m/s²。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤激光切割机用反射式切割头，实现从穿孔到切割完成的切割全过程焦点及穿孔时间自动控制，无需手工干预，极大提高切割效率和自动化水平，同时，采用金属材质全反射镜替代全部非金属材质的准直透镜、聚焦透镜，能适用功率高的激光器，能实现快速冷却。本发明的目的还提供光纤激光切割机用反射式切割头的控制方法。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

本发明的一种光纤激光切割机用反射式切割头，包括自动聚焦系统、金属材质全反射镜、切割头主体、高度传感器、喷嘴、CNC，所述自动聚焦系统安装在切割头主体上部，所述金属材质全反射镜位于自动聚焦系统一侧，所述高度传感器位于切割头主体下端，喷嘴位于高度传感器底部，CNC与切割头主体、高度传感器、自动聚焦系统连接，高度传感器感知喷嘴底部距离切割板材不同间隙，从而CNC计算出间隙。根据不同的间隙值要求，CNC控制切割头主体上下移动，CNC还控制自动聚焦系统改变光斑的发散角来实现对焦点的控制；采用金属材质全反射镜替代全部非金属材质的准直透镜、聚焦透镜，能适用功率高的激光器，能实现快速冷却。

其中，所述自动调焦系统包括自动调焦镜、比例阀，自动调焦镜为中空结构，反射表面设有针对光纤激光反射的涂层，能随中空腔体中气体压力变化实现自动调焦镜反射面曲率变化，CNC用以按照数据库数据输出信号控制比例阀输出气体压力，比例阀用以将CNC控制信号转变为输出气体压力值，输出气体连接至自动调焦镜，自动调焦镜依气体压力而改变反射面曲率。

本发明的一种光纤激光切割机用反射式切割头的控制方法，有以下步骤：

1)激光光路路径为自动调焦镜至金属材质全反射镜至切割用板材；

2)金属材质反射镜片为全反射镜，反射表面有针对光纤激光反射的涂层，实现全反射，激光光束反射呈垂直状态至切割板材；

3)自动调焦镜系统包括自动调焦镜、比例阀，自动调焦镜为中空结构，反射表面能随中空腔体中气体压力变化实现自动调焦镜反射面曲率变化，CNC用以按照数据库数据输出信号控制比例阀输出气体压力，比例阀用以将CNC控制信号转变为输出气体压力值，输出气体连接至自动调焦镜，自动调焦镜依气体压力而改变反射面曲率；

4)CNC按照设定，输出不同的控制信号，比例阀按控制信号输出对应压力气体至自动调焦镜，使自动调焦镜反射面曲率变化，从而实现反射光发散角调整；

5)上述步骤1)至4)，实现从穿孔到切割完成的切割全过程焦点自动控制，无需手工干预。

CNC(数控机床)是计算机数字控制机床(Computer numerical control)的简称。

由于采取了以上技术方案，本发明的优点在于：

1、穿孔过程焦点位置随时可调，同时通过功率调整，可智能实现最佳穿孔方案，保证高质量和高效率穿孔，过程无需人工干预；

2、对应不同材质和厚度的板材，直接调用切割数据库，无需手工调整焦点位置。

3、金属材质反射镜替代非金属透镜，冷却效果好，适用功率高。

4、用结构精简的气路替代复杂的机械结构实现自动调焦，结构稳定性高，理论上无最大加速度限制。

附图说明

图1为本发明总体图；

图2：激光光束路径图；

图3：自动调焦镜和全反射镜剖面图；

图中：

1--切割头主体；2--自动调焦镜；3--全反射镜；4--高度传感器部件；2-1--

激光光束。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见附图1—3，本发明的一种光纤激光切割机用反射式切割头，包括自动聚焦系统、金属材质全反射镜、切割头主体、高度传感器、喷嘴、CNC，所述自动聚焦系统安装在切割头主体上部，所述金属材质全反射镜位于自动聚焦系统一侧，所述高度传感器位于切割头主体下端，喷嘴位于高度传感器底部，CNC与切割头主体、高度传感器、自动聚焦系统连接，高度传感器为电容式传感器，高度传感器感知喷嘴底部距离切割板材不同间隙时的电容值，从而CNC计算出间隙。根据不同的间隙值要求，CNC控制切割头主体上下移动，CNC还控制自动聚焦系统改变光斑的发散角来实现对焦点的控制；采用金属材质全反射镜替代全部非金属材质的准直透镜、聚焦透镜，能适用功率高的激光器，能实现快速冷却。

所述自动调焦系统包括自动调焦镜、比例阀，自动调焦镜为中空结构，反射表面设有针对光纤激光反射的涂层，能随中空腔体中气体压力变化实现自动调焦镜反射面曲率变化，CNC用以按照数据库数据输出信号控制比例阀输出气体压力，比例阀用以将CNC控制信号转变为输出气体压力值，输出气体连接至自动调焦镜，自动调焦镜依气体压力而改变反射面曲率。

本发明的一种光纤激光切割机用反射式切割头的控制方法，有以下步骤：

1)激光光路路径为自动调焦镜至金属材质全反射镜至切割用板材；

2)金属材质反射镜片为全反射镜，反射表面有针对光纤激光反射的涂层，实现全反射，激光光束反射呈垂直状态至切割板材；

3)自动调焦镜系统包括自动调焦镜、比例阀，自动调焦镜为中空结构，反射表面能随中空腔体中气体压力变化实现自动调焦镜反射面曲率变化，CNC用以按照数据库数据输出信号控制比例阀输出气体压力，比例阀用以将CNC控制信号转变为输出气体压力值，输出气体连接至自动调焦镜，自动调焦镜依气体压力而改变反射面曲率；

4)CNC按照设定，输出不同的控制信号，比例阀按控制信号输出对应压力气体至自动调焦镜，使自动调焦镜反射面曲率变化，从而实现反射光发散角调整；

5)上述步骤1)至4)，实现从穿孔到切割完成的切割全过程焦点自动控制，无需手工干预。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种光纤激光切割机用反射式切割头，其特征在于：包括自动聚焦系统、金属材质全反射镜、切割头主体、高度传感器、喷嘴、CNC，所述自动聚焦系统安装在切割头主体上部，所述金属材质全反射镜位于自动聚焦系统一侧，所述高度传感器位于切割头主体下端，喷嘴位于高度传感器底部，CNC与切割头主体、高度传感器、自动聚焦系统连接，高度传感器感知喷嘴底部距离切割板材不同间隙，从而CNC计算出间隙。根据不同的间隙值要求，CNC控制切割头主体上下移动，CNC还控制自动聚焦系统改变光斑的发散角来实现对焦点的控制；采用金属材质全反射镜替代全部非金属材质的准直透镜、聚焦透镜，能适用功率高的激光器，能实现快速冷却。

2.按照权利要求1所述的一种光纤激光切割机用反射式切割头，其特征在于：所述自动调焦系统包括自动调焦镜、比例阀，自动调焦镜为中空结构，反射表面设有针对光纤激光反射的涂层，能随中空腔体中气体压力变化实现自动调焦镜反射面曲率变化，CNC用以按照数据库数据输出信号控制比例阀输出气体压力，比例阀用以将CNC控制信号转变为输出气体压力值，输出气体连接至自动调焦镜，自动调焦镜依气体压力而改变反射面曲率。

3.按照权利要求1所述的一种光纤激光切割机用反射式切割头的控制方法，其特征在于有以下步骤：

1)激光光路路径为自动调焦镜至金属材质全反射镜至切割用板材；

2)金属材质反射镜片为全反射镜，反射表面有针对光纤激光反射的涂层，实现全反射，激光光束反射呈垂直状态至切割板材；

3)自动调焦镜系统包括自动调焦镜、比例阀，自动调焦镜为中空结构，反射表面能随中空腔体中气体压力变化实现自动调焦镜反射面曲率变化，CNC用以按照数据库数据输出信号控制比例阀输出气体压力，比例阀用以将CNC控制信号转变为输出气体压力值，输出气体连接至自动调焦镜，自动调焦镜依气体压力而改变反射面曲率；

4)CNC按照设定，输出不同的控制信号，比例阀按控制信号输出对应压力气体至自动调焦镜，使自动调焦镜反射面曲率变化，从而实现反射光发散角调整；

5)上述步骤1)至4)，实现从穿孔到切割完成的切割全过程焦点自动控制，无需手工干预。