CN108080783B - 一种对焦装置及激光加工系统 - Google Patents

Abstract

一种对焦装置及激光加工系统，属于激光加工领域。对焦装置用于在激光加工中对激光加工头进行对焦。对焦装置包括本体、观察器以及保持器。本体具有观察窗、与观察窗连通且能容纳测试靶材的容纳腔。附连本体的观察器具有第一姿态和可选的第二姿态，在第一姿态下，观察器被构造来通过观察窗对容置于容纳腔内的测试靶材的表面形貌进行获取并向观测者展示。匹配附连本体的保持器被构造成使测试靶材稳定地被保持在容纳腔内，并且可选地释放测试靶材以允许测试靶材与本体相互脱离。本发明提供的对焦装置具有便于携带，方便对焦的优点，且对焦便捷、准确，能够提高加工效率。

Description

一种对焦装置及激光加工系统

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体而言，涉及一种对焦装置及激光加工系统。

背景技术

激光加工技术是利用聚焦激光束(光刀)与物质相互作用的特性，对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等处理的一门加工技术。激光加工无需工具，光束经聚焦镜聚焦后，能量高度集中，作为光刀对材料进行减材制造(例如切割、打孔等)与增材制造(例如激光熔覆、激光3D打印等)等。激光的聚焦光斑小、能量集中，且其热影响区确定、非接触加工、无污染等优点使其的使用材料广泛。

离焦量(即激光光束聚焦点与测试靶材的相对位置)是影响加工质量和加工效率的关键因素。离焦量很小的变化就会造成工件表面激光功率密度与能量传输效率的较大差异，从而导致熔深和熔宽的巨大差异。在使用前，需要对激光加工装备的光学传输系统进行对焦，以使激光束能够正好聚焦到测试靶材表面或产生准确的预期离焦量。

现有的对焦方法主要有两种，一种是通过激光加工装备中的红外指示激光进行对焦，需现场工作人员肉眼观察红外激光光斑的大小，进行定性的判断，从而进行手动调节，人工工作量大，对焦效率低，精度较低，且依赖于设备本身。

第二种是在测试靶材表面激光直接试熔的方法，通过对熔池形貌判断找到合适的焦距后，使用钢直尺手工测量出当前焦距，当机床运动机构复位或更换了厚度不同的工件后，焦距需要重定位，对焦过程耗费人工，效率低下，对焦精度受人工测量方法、测量器材精度等因素影响较大等多种不足。

随着激光加工技术的迅猛发展，现有的激光对焦技术已不能很好的满足激光加工工艺高精度、高效率的要求。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供了一种对焦装置及激光加工系统，以改善、甚至解决以上问题。

本发明是这样实现的：

在第一方面，本发明的实施例提供了一种对焦装置。

一种对焦装置，用于在激光加工中对激光加工头进行对焦。

对焦装置包括：

本体，本体具有观察窗、与观察窗连通的容纳腔，本体被构造为可被移除并通过容纳腔容纳测试靶材；

观察器，观察器匹配附连本体，观察器具有第一姿态和可选的第二姿态，在第一姿态下，观察器被构造来通过观察窗对容置于容纳腔内的测试靶材的表面形貌进行获取并向观测者展示，处于第一姿态和/或第二姿态下的观察器以允许激光加工头出射的激光照射至容纳与容纳于的测试靶材；

保持器，保持器匹配附连本体，保持器被构造成使测试靶材稳定地被保持在容纳腔内，并且可选地释放测试靶材以允许测试靶材与本体相互脱离。

在其他的一个或多个示例中，观察器包括取景机构，取景机构包括放大镜、摄像装置、照相装置、显微放大装置中的任一种，取景机构通过第一转轴可转动地附连于本体，观察器具有第一姿态和第二姿态，且第一姿态和第二姿态通过观察器的转动而可选地切换，取景机构在观察器处于第二姿态时允许激光加工头出射的激光照射至容纳与容纳于的测试靶材。

在其他的一个或多个示例中，观察器还包括与取景机构匹配的第一保护匣，第一保护匣与取景机构共用第一转轴，且第一保护匣能够容纳取景机构。

在其他的一个或多个示例中，保持器包括限位件，限位件包括套筒、底座，套筒和底座共同限定被构造来容纳测试靶材的筒体腔。

在其他的一个或多个示例中，限位件还包括设置于底座和套筒之间的位置调节机构，位置调节机构包括相互配合连接的弹性件、能够沿套筒轴向运动的抵触件，弹性件被设置于底座与抵触件之间，抵触件被构造成抵触位于筒体腔内的测试靶材以使测试靶材在套筒沿轴向被约束。

在其他的一个或多个示例中，套筒包括被构造来约束抵触件运动方向的导槽，抵触件设置于导槽匹配的导向臂。

在其他的一个或多个示例中，抵触件设置有被构造成与测试靶材可拆卸连接的拆接件，抵触件通过拆接件与测试靶材同步运动。

在其他的一个或多个示例中，保持器还包括转动调节件，转动调节件包括相互配合传动的主动件和从动件，从动件可转动地安装于底座且能够驱动套筒同步转动，主动件设置于本体，套筒能够驱动抵触件而同步转动。

在其他的一个或多个示例中，对焦装置还包括被构造来连接于激光加工头的定距器，本体连接有与定距器配合的基准台，基准台具有与被放置于容纳腔内的测试靶材齐平的对焦表面，定距器具有用于产生基准激光束的第一发射光路、用于产生对焦激光束的第二发射光路，基准激光束照射于对焦表面形成第一光斑，对焦激光束照射于对焦表面形成第二光斑，且第二光斑能够在经过至少通过一次偏转后与第一光斑重合。

在第二方面，本发明的实施例提供了一种激光加工系统。

对焦系统包括如前述的对焦装置。

有益效果：

本发明实施例提供的对焦装置及系统能够提高激光加工过程中对焦精度与效率，降低重复工作量，从而有效提升激光加工质量与效率。本发明提出的对焦装置是一种便携式的在线通用辅助激光加工对焦设备。所述的对焦装置具有以下优点：

一、该装置通用性强，几乎适用于任何激光加工工艺方法与机床，提供便捷、直观、高精度的定量对焦结果。

二、该装置便于拆卸、安装与携带，组件收纳方便，整体便携性好，安装在任一激光加工机床上进行对焦，同时在降低人工工作量提升操作便捷性的同时，可显著提高加工效率与工艺质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的对焦装置的一种使用状态图；

图2示出了图1中的对焦装置的爆炸图；

图3出了图1提供的对焦装置中的保持器与测试靶材配合的结构示意图；

图4示出了图1提供的对焦装置的局部剖视结构示意图；

图5示出了图1提供的对焦装置中的主动件的爆炸图；

图6示出了图1提供的对焦装置中的观察器第一种状态结构示意图；

图7示出了图1提供的对焦装置中的观察器第二种状态结构示意图；

图8示出了图1提供的对焦装置中的观察器第三种状态结构示意图；

图9示出了图1提供的对焦装置中的观察器第四种状态结构示意图；

图10示出了图1提供的对焦装置中的定距器于卡箍连接的结构示意图；

图11示出了图10中定距器的内部结构示意图；

图12示出了图10中定距器的一种工作状态结构示意图；

图13示出了图1定距器被收纳于基准台内部的结构示意图；

图14示出了在顶面具有分度盘的测试板材的俯视结构示意图。

图标：200-激光加工头；5014-激光二极管；5013-连接螺栓；5012-反射镜；5011-转轴；903-卡箍；901-对焦装置；900-观察器；907-保持器；507-锁紧螺栓；506-橡胶垫；505-固定螺栓；504-调节滑块；503-连接板；502-偏转旋钮；500-定距器；402-保护盖；401-对焦平面；400-基准台；304-保持架；303-第一转轴；301-取景机构；300-第一保护匣；117-调节旋钮；115-滚珠轴承；114-主动件；112-底座；111-润滑机构；110-从动件；109-螺栓；108-弹性件；107-抵触件；106-套筒；105-端盖；104-柱状壳；103-盖板；102-测试靶材；100-本体；801-外圈刻度盘；802-同心栅格。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，在不矛盾或冲突的情况下，本发明的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本发明中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本发明公开的内容自制。在本发明中，为了突出本发明的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

参阅图1至图14。

本发明实施例提供了一种对焦装置901，且可以用于在激光加工中对激光加工头200进行对焦，即用来在激光加工中对激光光束聚焦点与测试靶材102的相对位置进行确认，以便获得更好的位置精度。例如，通过采用对焦装置901可以使得激光加工头200的空间位置能够更便利地设置到恰当的位置，从而对工件进行更好的加工作业。

参阅图1和图2，对焦装置901主要包括本体100、观察器900以及保持器907。

其中，如图2所示，本体100构成了对焦装置901的主体结构，并限定了对焦装置901的大致外形结构。本体100为一个壳体结构，且设置有观察窗、与观察窗连通的容纳腔。由于观察窗与容纳腔连通，因此，可以通过设置的设备或装置从观察窗向容纳腔内探测、检查。本体100通过容纳腔容纳测试靶材102，并且可以在必要时(例如对焦完成后)被移除，以便进行正常的激光加工作业。在一些实施例中，本体100的观察窗是通过盖板103的通孔来构造成，这样，本体100可以采用盖板103、与盖板103配合的柱状壳104配合构成。

本实施例中，本体100大致上为方块形壳体结构，在本发明的其他实施例中，本体100还能够被根据具体的需要设计为其他结构。

其中，参阅图1、图6～图9。观察器900匹配附连本体100。观察器900可以通过观察窗对容置于容纳腔内的测试靶材102的表面形貌进行获取并向观测者展示。观察器900可以存在多种实现方式，按需配置。一些实施例中，观察器900包括取景机构301，而所述的取景机构301包括放大镜、摄像装置、照相装置、显微放大装置中的任一种。作为一种简单且易于实现的方案，取景机构301可以被配置为放大镜。

此外，观察器900还具有第一姿态和可选的第二姿态。在第一姿态下，观察器900能够通过取景机构301获取测试靶材102的表面形貌。

基于适时调焦、对此对焦的需要，并且为了减少操作量，处于第一姿态下的观察器900以允许激光加工头200出射的激光照射至容纳与容纳于的测试靶材102。换言之，在不调整观察器900的取景机构301的情况下，可以通过对焦和观察配合，实现更快的对焦操作。

或者，在其他示例中，处于第二姿态下的观察器900以允许激光加工头200出射的激光照射至容纳与容纳于的测试靶材102。在这样的对焦装置901中，每次对焦和观察需要相应地调整观察器900的取景机构301。换言之，这样的示例中，处于第一姿态下的观察器900的取景机构301可能对激光加工头200的出射至测试靶材102的激光束造成一定的阻挡，因此需要在一次对焦后，调整取景机构301的位置，以便进行观察。相应地，观察完毕后，也需要调整取景机构301的位置，以便进行下次对焦。换言之，在这样的示例中，观察器900具有第一姿态和第二姿态。在第一姿态下，观察器900位于观察窗上方，用以对测试靶材进行观测。在第二状态下，观察器900处于收纳状态，以并对测试靶材进行测试性质的激光加工。

再次，在另外的一些示例中，处于第一姿态和第二姿态下的观察器900以允许激光加工头200出射的激光照射至容纳与容纳于的测试靶材102。

如前所述，在观察器900具有第一姿态和第二姿态，且第一姿态和第二姿态通过观察器900的转动而可选地切换的示例中，取景机构301通过第一转轴303可转动地附连于本体100。取景机构301在观察器900处于第二姿态时允许激光加工头200出射的激光照射至容纳与容纳于的测试靶材102。一种具体且可替代的示例是，取景装置被设置为放大镜，放大镜连接在保持架304上，且保持架304通过第一转轴303转动地连接在本体100上。放大镜通过旋转可以处于本体100的观察窗的上方，以便通过放大镜观察位于本体100的容纳腔内的测试靶材102(至少能够观察被激光加工的表面)。当一次观察完成后，放大镜绕第一转轴303转动而脱离观察窗，以便激光加工头200能够对测试靶材102进行激光加工。

进一步地，观察器900还包括与取景机构301(本实施例中，是前述的放大镜)匹配的第一保护匣300，第一保护匣300与取景机构301共用第一转轴303，且第一保护匣300能够容纳取景机构301。取景机构301和第一保护匣300可以相对地转动，且在转动至恰当的位置时，取景装置可以被收纳在第一保护匣300内(即，第一保护匣300具有腔室)。

其中，参阅图2和图3。保持器907是用来对测试靶材102进行定位的部件。利用保持器907使测试靶材102在整个完整的对焦过程中均能够维持相对稳定的空间位置，确保对焦的准确性。

保持器907是匹配附连本体100的被构造成使测试靶材102稳定地被保持在容纳腔内，进一步而言，保持器907被布置在本体100的容纳腔内。保持器907稳定地置于容纳腔内，并且也稳定地对测试靶材102限位。前述的保持器907对测试靶材102稳定限定，是指其可选地释放测试靶材102以允许测试靶材102与本体100相互脱离。因此，在对焦过程中，保持器907限制测试靶材102以使其稳定地存在于本体100的容纳腔中。当对焦完成后，测试靶材102可以从保持器907脱离，同样也与本体100以及对焦装置901脱离，从而可以对测试靶材102进行激光加工。当然，测试靶材102也可以不从保持器907脱离，而使连同本体100一起被移出到激光加工设备外。即，在完成对焦作业后，记录激光加工头的位置。然后，即可对真实的加工部件以前述的记录的焦距为准对激光加工头调节至合适的位置，以进行激光加工。

一些示例中，保持器907包括限位件。限位件主要被用来保持测试靶材102相对于激光加工头200的相对位置稳定。限位件可以是一个固定于本体100的容纳腔内的机台，其位置始终稳定且不变。或者，限位件可以是一个凹槽，其固定于本体100的容纳腔内，对焦作业中测试靶材102可以部分或全部地容纳在凹槽内，但是应以能够暴露测试靶材102的激光加工表面为限。

本实施例中，作为一种可替代的优选方案，限位件包括套筒106、底座112，套筒106和底座112共同限定被构造来容纳测试靶材102的筒体腔。套筒106具有与测试靶材102相同的形状的容置腔以容纳测试靶材102。底座112与套筒106配合使测试靶材102稳定地被装配在套筒106中。其中，底座112可以与本体100相互连接，从而使得底座112的相对本体100的位置固定，然后通过套筒106和底座112的相互配合对位来限定套筒106，进而限制测试靶材102的位置。

在一些加工情景中，前次对焦完成后，测试靶材102的表面形成残缺而不能被用来时，可以使测试靶材102进行切割等操作(去除一定厚度的顶部材料)使其暴露能够再次进行对焦的表面。在这样的情况下，测试靶材102体积(更具体而言可以是高度)发生变化。基于连续对焦的需求，需要对测试靶材102进行位置的调整。

因此，在进一步的可选改进方案中，限位件还包括设置于底座112和套筒106之间的位置调节机构。位置调节件被设置来对测试靶材102的位置进行调节，以便使其能过始终处于期望的设计位置。

一般地，位置调节机构可以被采用为弹性体，其设置在测试靶材102和底座112之间，通过弹性变形来推挤测试靶材102使其被始终地限制在套筒106中的准确位置。弹性体可以仅仅是被布置在底座112和测试靶材102之间，通过弹性力而被约束。或者，弹性体的一端是连接在底座112上的，而另一端则支撑测试靶材102的一个端面。

本实施例中，限位件包括相互配合连接的弹性件108、能够沿套筒106轴向运动的抵触件107。弹性件108被设置于底座112与抵触件107之间，抵触件107被构造成抵触位于筒体腔内的测试靶材102以使测试靶材102在套筒106沿轴向被约束。抵触件107具有与测试靶材102的一个端面相配合的表面，从而能够更平稳地推挤测试靶材102。基于此，测试靶材102的两端被前述的盖板103和抵触件107共同限定。更进一步地，抵触件107能够进入至套筒106的容置腔内，以便通过弹性件108提供的支撑力深入至套筒106内对测试靶材102进行挤压。弹性件108可以是与抵触件107相互独立的，而通过弹性力接触为一体；或者，弹性件108是与抵触件107向连接的。

以上弹性件108可以有多种实现方式，如柱状的弹性块(橡胶、高密度海绵等)，特别地且一般地，在本实施例中，弹性件108被选择为弹簧。抵触件107可以是一个平面板或者块体等。

作为一种有益的改进，套筒106包括被构造来约束抵触件107运动方向的导槽，抵触件107设置于导槽匹配的导向臂。由于导槽的设置，抵触件107相对于套筒106的轴向运动可以被限制。例如每当导槽是沿套筒106的轴向设置时，抵触件107也可能沿其轴向持续地运动。或者，导槽与套筒106的轴向存在一定的偏差。另外，导槽的数量能够被任意地选择，本实施例中为两个，也可以是三个、四个等等。相应地，导向臂的数量也可以是任意地选择的，优选与导槽的数量相同。应当理解的是，在导槽和导向臂配合的情况下，套筒106和抵触件107能够同步地转动，同时两者还可以相对地沿共同的轴运动。其中，套筒106和抵触件107相对地沿共同的轴运动是：套筒106相对本体100稳定地布置，而抵触件107能够在弹性件108的支撑作用下在套筒106的容置腔内大致地沿轴向运动。

作为有益的改进，抵触件107设置有被构造成与测试靶材102可拆卸连接的拆接件，从而使抵触件107可通过拆接件与测试靶材102同步运动。例如，当抵触件107为平面板时，其沿厚度方向设置定位螺栓109，并且定位螺栓109可测试靶材102连接，从而实现测试靶材102与抵触件107同步转动。对应地，一种可替代的示例中，测试靶材102在地面对应设置孔、槽等成型面，以便于定位螺栓109配合连接。

更进一步地，保持器907还可以包括转动调节件。转动调节件包括相互配合传动的主动件114和从动件110。其中，从动件110可转动地安装于底座112且能够驱动套筒106同步转动，主动件114设置于本体100，套筒106能够驱动抵触件107而同步转动。因此，在本发明中提供的对焦装置901可以利用主动件114驱动从动件110转动，从带动套筒106转动，进而驱动抵触件107在转动，再进一步地驱动测试靶材102转动。

一种可选的示例中，主动件114和从动件110之间构成蜗轮蜗杆结构。蜗轮蜗杆传动结构可以实现转动轴线非平行的传动，更好地可以实现转轴5011中心大致垂直的传动，从而为不同构件的安装提供便利。本实施例中，主动件114为蜗杆，从动件110为蜗轮。

从动件110(蜗轮)与套筒106同轴地布置，且从动件110(蜗轮)的一个侧面与套筒106连接。例如，从动件110(蜗轮)的侧面设置减重槽，套筒106的一端插接(嵌设)在前述的减重槽中，并通过螺栓109使两者(蜗轮与套筒106)连接，以使两者可同步转动。相应地，从动件110(蜗轮)的另一个侧面接触于底座112，且能够相对底座112运动。另外，基于减小摩擦，从而减小构件的磨损以及减少噪音考虑，在底座112和蜗轮之间设置润滑结构。润滑结构可以是润滑油，润滑剂等。或者，润滑机构111可以是轴承，一种可选的示例中，轴承被选择为平面轴承。

参阅图5。主动件114(蜗杆)可转动地连接设置于本体100内，并且能够使蜗杆和蜗轮啮合。蜗杆通过两侧的轴承(如滚珠轴承115)被支撑，以便能够按需转动。进一步地，蜗杆的两端在适当的选择位置处设置有台阶，以便限制轴承不会随意的沿蜗杆轴向运动，即对其在蜗杆的轴线的一密封避免粉尘、熔渣等进入装置内部的情况。另外，蜗杆的其中一个末端还连接有调节旋钮117，两者可通过螺栓109连接，以便调节蜗杆转动。

在本发明的更好的改进中，参阅图10和图11。对焦装置901还包括被构造来连接于激光加工头200的定距器500。例如，定距器500可通过卡箍903和配套的锁紧螺栓507连接在激光加工头200，以便根据不同的激光加工头200直径进行调节，具有更好的通用性。更好的是，在卡箍903设置有橡胶垫506，以增加与激光加工头200之间的摩擦作用力，从而使定距器500能够更加稳定。进一步地，为了便于调节定距器500的位置(主要是定距器500与激光加工头200回转轴线之间的距离)，卡箍903还延伸设置有连接板503，且连接板503设置矩形滑槽。相应地，定距器500通过连接螺栓5013连接有调节滑块504。调节滑块504可以在矩形滑槽内运动，并且能够通过固定螺栓505进行固定。

定距器500大致为一个盒体，且内部设置有不同颜色激光二极管5014。其中一组激光二极管5014能够产生竖直出射的激光；另一组激光二极管5014能够被通过设置于转轴5011上的反射镜5012进行偏转从而改变对焦激光束轨迹。进一步地，转轴5011通过连接偏转旋钮502来控制反射镜5012的转动，从而改变对焦激光束的轨迹。

本体100连接有与定距器500配合的基准台400，基准台400具有与被放置于容纳腔内的测试靶材102齐平的对焦表面。即对焦表面与测试靶材102(靶材)的顶面位于同一平面，以确保对焦激光束与靶材的顶面处于同一焦平面。定距器500具有用于产生基准激光束的第一发射光路、用于产生对焦激光束的第二发射光路，基准激光束照射于对焦表面形成第一光斑，对焦激光束照射于对焦表面形成第二光斑，且第二光斑能够在经过至少通过一次偏转后与第一光斑重合。较佳地，为了方便收纳定距器500，提高便携性，基准台400设置有能够收纳定距器500的空腔。另外，基准台400外表面带有深色涂装，方便使用者观察双色激光落点的重合程度。优选地，基准台400设置有保护盖402，用以封闭或暴露前述的空腔。

定距器500的工作原理如下：

在进行对焦时，先调定距器500位置以保证基准激光束与对焦激光束都照射在对焦表面上，此时进行试熔操作。当经过多次试对焦找到可以获得最佳熔池形貌的焦距时，通过调节对焦激光束使得第一光斑和第二光斑相重合，此时即可记录下当前焦距。当撤去对焦装置901而换上加工材料时，只需调节激光加工头200的Z轴高度使两束激光的落点再次在加工材料表面重合就可完成对焦，对焦过程具有直观、便捷、迅速、精度高等优点。

另外，应当指出的是，在一些示例中，本实施例中所述的测试靶材102亦可具有与待加工件相同的材质。例如，靶材材质可以为黑色氧化铝或不锈钢等。靶材的顶部表面通过激光标刻工艺标刻成具有360度同心刻度的刻度盘(分度盘)。根据被测试激光加工机床与工艺，测试靶材表面的分度盘可通过激光标刻工艺标刻出不同精度的分度(如图14所示)，以使用不同的激光宏、微加工工艺对焦需求，工艺人员或研究人员可方便的对应不同离焦参数形成的熔池。分度盘具有同心栅格802和外圈刻度盘801。在一些示例中，分度盘还可以被独立地设置的为一个工件，并且可以与测试靶材配套固定进行使用。如此，分度盘可以被反复地进行使用，而作为一种可反复使用的通用型工具。

针对本发明中提出的一种可选的对焦装置的示例，以下给出了操作流程说明：

首先将本装置的主体，即文中所述的保持器907放置于激光加工头正下方。将观察器900整体旋出至远离保持器907侧，使激光光束能够穿过盖板103中心圆孔落于测试靶材102上顶面。

之后通过卡箍903将定距器固定于激光加工头合适位置上，并调整定距器500伸出距离使定距器射出的激光光束能够落于对焦平面401之上。

进一步操作激光加工装置在测试靶材102上顶面进行试对焦操作，测试靶材102上顶面制有使用激光打标机或其他加工方式形成如图14所示的360度同心栅格及刻度盘，在对焦操作时应保证对焦产生的熔池落于同心栅格内；使用不同焦距进行试对焦操作时，每改变一次焦距便旋转调节旋钮117将测试靶材102转过一个格栅栅距，用以区分多次对焦操作产生的不同熔池；当测试靶材102上表面经过多次对焦无法使用后，可以将其取出光整上顶面并刻上刻度后装入保持器907继续使用。

使用本装置确定合适焦距的方法有多种：如激光加工头与辅助对焦装置之间距离富余可以在每次试对焦操作后直接观察，并根据需要对焦距进行调整从而找到最佳焦距。当激光加工头与辅助对焦装置之间距离过小时，可以使用等差增量的方式来控制焦距，使激光加工头每次提升或降低一定值距离，形成多个不同焦距的熔池后，再将辅助对焦装置移出加工位以观察熔池形貌；当找到理想熔池形貌后依据其顺序回溯就可找到形成该熔池的焦距，也就确定了最佳焦距。

观察器900主要用途是用于在对焦操作后对熔池形貌进行进一步观察，特别对于有些功率较低的激光器，因其形成的熔池尺寸较小目视较为困难，使用观察器900放大可得到较好的观察效果。

当确定焦距后即使用激光定距器对焦距进行记录，定距器使用方法参见前述描述，此处不再赘述。

最后当完成焦距的记录后将保持器907连同其中的测试靶材102一齐移走，之后换上要加工的材料，并调节激光加工头200的Z轴高度使两束激光的落点再次在加工材料表面重合就可完成对焦。

基于前述的一种对焦系统，本发明还提出了一种包括前述的对焦装置901的激光加工系统。激光加工系统还包括激光发生器，工作平台，激光加工头200等。

为了使本领域技术人员能够更容易地实施本发明实施例提供的对焦装置901。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种对焦装置，用于在激光加工中对激光加工头进行对焦，其特征在于，所述对焦装置包括：

本体，所述本体具有观察窗、与所述观察窗连通的容纳腔，所述本体被构造为可被移除并通过所述容纳腔容纳测试靶材；

观察器，所述观察器匹配附连所述本体，所述观察器具有第一姿态和第二姿态，在所述第一姿态下，所述观察器被构造来通过所述观察窗对容置于所述容纳腔内的测试靶材的表面形貌进行获取并向观测者展示，处于所述第一姿态和/或第二姿态下的所述观察器以允许所述激光加工头出射的激光照射至容纳于所述容纳腔的所述测试靶材；

保持器，所述保持器匹配附连所述本体，所述保持器被构造成使所述测试靶材稳定地被保持在所述容纳腔内，并且可释放所述测试靶材以允许所述测试靶材与所述本体相互脱离；

所述对焦装置还包括被构造来连接于所述激光加工头的定距器，所述本体连接有与所述定距器配合的基准台，所述基准台具有与被放置于所述容纳腔内的所述测试靶材齐平的对焦表面，所述定距器具有用于产生基准激光束的第一发射光路、用于产生对焦激光束的第二发射光路，所述基准激光束照射于所述对焦表面形成第一光斑，所述对焦激光束照射于所述对焦表面形成第二光斑，且所述第二光斑能够在经过至少通过一次偏转后与所述第一光斑重合；

所述保持器包括限位件，所述限位件包括套筒、底座，所述套筒和所述底座共同限定被构造来容纳所述测试靶材的筒体腔。

2.根据权利要求1所述的对焦装置，其特征在于，所述观察器包括取景机构，所述取景机构包括放大镜、摄像装置、照相装置、显微放大装置中的任一种，所述取景机构通过第一转轴可转动地附连于所述本体，所述观察器具有所述第一姿态和第二姿态，且所述第一姿态和所述第二姿态通过所述观察器的转动而切换，所述取景机构在所述观察器处于所述第二姿态时允许所述激光加工头出射的激光照射至容纳于所述容纳腔的所述测试靶材。

3.根据权利要求2所述的对焦装置，其特征在于，观察器还包括与所述取景机构匹配的第一保护匣，所述第一保护匣与所述取景机构共用所述第一转轴，且所述第一保护匣能够容纳所述取景机构。

4.根据权利要求1所述的对焦装置，其特征在于，所述限位件还包括设置于所述底座和所述套筒之间的位置调节机构，所述位置调节机构包括相互配合连接的弹性件、能够沿所述套筒轴向运动的抵触件，所述弹性件被设置于所述底座与所述抵触件之间，所述抵触件被构造成抵触位于所述筒体腔内的所述测试靶材以使所述测试靶材在所述套筒沿轴向被约束。

5.根据权利要求4所述的对焦装置，其特征在于，所述套筒包括被构造来约束所述抵触件运动方向的导槽，所述抵触件设置于所述导槽匹配的导向臂。

6.根据权利要求5所述的对焦装置，其特征在于，所述抵触件设置有被构造成与所述测试靶材可拆卸连接的拆接件，所述抵触件通过所述拆接件与所述测试靶材同步运动。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的对焦装置，其特征在于，所述保持器还包括转动调节件，所述转动调节件包括相互配合传动的主动件和从动件，所述从动件可转动地安装于所述底座且能够驱动所述套筒同步转动，所述主动件设置于所述本体，所述套筒能够驱动所述抵触件而同步转动。

8.一种激光加工装置，其特征在于，包括如根据权利要求1~7中任一项所述的对焦装置。