CN109954968B - 一种激光焦点定位装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，公开了一种激光焦点定位装置与方法，该定位装置包括：绿光发射器，用于发射绿光，所述绿光与所述焊接激光同轴设置；分光片，用于将所述绿光分成三束或三束以上的绿光束；准直聚焦组件，用于将所述三束或三束以上绿光束进行准直聚焦形成汇聚点；汇聚点平面，用于形成所述汇聚点，所述汇聚点平面与所述焊接激光焦点平面重合设置。本发明不需要激光器发射引导激光，其结构简单、方法可靠，定位精度也高。

Description

一种激光焦点定位装置与方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，更具体的说，特别涉及一种激光焦点定位装置与方法。
背景技术
近年来，激光加工技术因其具有加工精度高、热效应小、对材料无选择性、生产效率高和产品良率高等优势而得到快速发展。无论是利用激光焦点进行加工还是离焦状态加工，快速准确地定位到激光焦点的位置，对加工效果有至关重要的影响。
传统平面激光加工的焦点定位方法是在不锈钢板或硬纸板上调整不同焦距进行打点或线，根据点、线的变化或激光烧灼的激烈程度确定焊接激光焦点的位置。然后开启和焊接激光同轴的引导激光，在不锈钢板或硬纸板上呈现出一个圆点，同时激光加工头侧面安装的线性红光发射器斜射出一条线性红光，线性红光与引导激光重合在不锈钢板或硬纸板上。每次加工时，只要线性红光与引导激光重合就是焦点位置。这种方法定位精度不高、需要激光器发射引导激光，而且线性红光发射器安装在激光加工头侧面严重影响激光加工头的使用场合，尤其是在一些空间狭窄的应用场合。
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，提供一种激光焦点定位装置与方法，其不需要激光器发射引导激光，结构简单，方法可靠，定位精度高。
为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种激光焦点定位装置，该定位装置包括：
绿光发射器，用于发射绿光，所述绿光与所述焊接激光同轴设置；
分光片，用于将所述绿光分成三束或三束以上的绿光束；
准直聚焦组件，用于将所述三束或三束以上绿光束进行准直聚焦形成汇聚点；
汇聚点平面，用于形成所述汇聚点，所述汇聚点平面与所述焊接激光焦点平面重合设置。
进一步地，所述准直聚焦组件包括准直光学镜片和聚焦光学镜片，所述三束绿光束依次经过所述准直光学镜片和聚焦光学镜片后进行准直聚焦。
进一步地，所述绿光发射器、分光片、准直光学镜片和聚焦光学镜片依次同轴设置。
进一步地，所述分光片上包括三个通光孔，三个所述通光孔的大小相同，三个所述通光孔圆心的连线形成等边三角形。
进一步地，所述分光片为圆形，三个所述通光孔沿其周向均匀分布。
进一步地，所述绿光发射器能够沿垂直于焊接激光方向调整位置，或沿焊接激光方向进行调整位置。
本发明还提供一种激光焦点定位方法，该定位方法的具体步骤包括如下：
步骤S1：在不锈钢板或硬纸板上调整不同焦距进行打点或线，并根据点、线的变化以及激光烧灼的激烈程度，确定焊接激光焦点平面的位置；
步骤S2：绿光发射器发出的绿光被分光片均分成三束或三束以上的绿光束，所述绿光与焊接激光同轴；
步骤S3：所述三束或三束以上绿光束经过准直聚焦组件后，在汇聚点平面上进行汇聚形成汇聚点；
步骤S4：调节所述绿光发射器在其光路同向方向上的位置，使所述汇聚点平面与焊接激光焦点平面的位置重合；
步骤S5：每次加工时，根据汇聚点的形状来确定焊接激光焦点的位置。
进一步地，所述分光片上设置一个光学镜片，所述光学镜片与所述绿光发射器的位置相对应，用于在汇聚点平面和焊接激光焦点平面调节至重合后，保证加工过程中汇聚点平面和焊接激光焦点平面始终重合。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明中的定位装置通过设置与焊接激光同轴的绿光发射器，并使汇聚点平面与焊接激光焦点平面重合设置，通过汇聚点来确定焊接激光焦点的位置，整个装置的结构简单，方法的功能可靠、易于实现且定位精度也高；此外，不需要激光器发射引导激光，整个装置的体积小、结构紧凑，适用范围也广。
附图说明
图1为本发明激光焦点定位装置的结构示意图。
图2为本发明激光焦点定位装置的主视图。
图3为本发明汇聚点平面和焊接激光焦点平面重合的示意图。
图4为本发明分光片的结构示意图。
图5、图6和图7为本发明中分光孔为圆形时，三束绿光束焦点未重合、即将重合和重合的示意图。
图8和图9为本发明中分光孔不为圆形时，三束绿光束焦点未重合、即将重合和重合的示意图。
图10为本发明中三个分光孔的圆形连线不为等边三角形时，三束绿光束焦点未重合、即将重合和重合的示意图。
图11为本发明中激光焦点定位方法的流程步骤图。
图12为本发明另一实施例的结构示意图。
附图标记说明：1-绿光发射器、2-分光片、3-准直光学镜片、4-聚焦光学镜片、5-汇聚点平面、50-汇聚点、6-焊接激光焦点平面、60-焊接激光焦点。
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1～3所示，本发明提供的一种激光焦点定位装置，该定位装置包括：
绿光发射器1，用于发射绿光，所述绿光与所述焊接激光同轴设置。
分光片2，用于将所述绿光分成三束或三束以上的绿光束。
准直聚焦组件，用于将所述三束或三束以上绿光束进行准直聚焦形成汇聚点50。
汇聚点平面5，用于形成所述汇聚点50，所述汇聚点平面50与所述焊接激光焦点平面6重合设置。
上述中，所述绿光发射器1也可以采用别的颜色发射器来代替，但一般采用红蓝绿三色，其较明亮，本发明中，优选为绿光发射器。
进一步地，所述准直聚焦组件包括准直光学镜片3和聚焦光学镜片4，所述三束绿光束依次经过所述准直光学镜片3和聚焦光学镜片4后进行准直聚焦。
进一步地，所述绿光发射器1、分光片2、准直光学镜片3和聚焦光学镜片4依次同轴设置即轴线重合，这样能够可靠地形成汇聚点50。
进一步地，参阅图4所示，所述分光片2上包括三个通光孔21，三个所述通光孔21的大小相同，三个所述通光孔21圆心的连线形成等边三角形(参阅图5～7所示)，这样可以形成三束相同的绿光束，形成的焦点更易辨别，由于激光束的能量一般都是高斯分布，若三束光不对称则可能会出现亮度不一致，就不利于辨别焦点位置。当然，所述通光孔21的形状可以任意选择(参阅图8和9所示)，三个所述通光孔21的大小可以不同且圆心的连线可以形成任意三角形(参阅图10所示)。本实施例中，所述分光片2为圆形，三个所述通光孔21也为圆形并沿其周向均匀分布，这样得到的三束绿光束更容易形成汇聚点50，采用圆形孔也更容易加工。当然，所述分光片2的形状也可以任意选择。
进一步地，所述绿光发射器1能够沿垂直于焊接激光方向调整位置，或沿焊接激光方向调整位置，如图2中的箭头所示，这样可以调整绿光的汇聚点50与焊接激光焦点60的同轴度。
参阅图11所示，本发明还提供的一种激光焦点定位方法，该定位方法的具体步骤包括如下：
步骤S1：在不锈钢板或硬纸板上调整不同焦距进行打点或线，并根据点、线的变化以及激光烧灼的激烈程度，确定焊接激光焦点平面6的位置。
步骤S2：绿光发射器1发出的绿光被分光片2均分成三束或三束以上的绿光束，所述绿光与焊接激光同轴。
步骤S3：所述三束或三束以上绿光束经过准直聚焦组件后，在汇聚点平面5上进行汇聚形成汇聚点50。
步骤S4：调节绿光发射器1在其光路同向方向上的位置，使所述汇聚点平面5与所述焊接激光焦点平面6的位置重合。
步骤S5：每次加工时，根据汇聚点50的形状来确定焊接激光焦点60的位置。三束或三束以上绿光束的外轮廓越接近于圆，则绿光光斑越小，那么汇聚点50就越接近于焊接激光焦点60，参阅图5～图10所示。
上述中，由于真正平面焊接时焊接头或工作台是移动的，比如安放工件时焊接头要挪开，安好后焊接头再挪过来时就要根据汇聚点50的位置来确定焊接激光焦点平面6的位置。还有空间焊接时，焊接头在纵向也移动，每移动到一个位置都要根据汇聚点50的重合点来确定焊接激光焦点60。
本发明中，所述绿光发射器1和激光器共用一组准直聚焦组件，即所述绿光束和所述焊接激光都经过所述准直聚焦组件后进行准直聚焦，这样可以保证汇聚点50和焊接激光焦点60的同轴度，也可以使整个定位装置的体积小、结构紧凑。
本发明的另一实施例：在分光片2上设置一个光学镜片7，所述光学镜片7与所述绿光发射器1的位置相对应，作用是保证汇聚点平面5和焊接激光焦点平面6始终重合(前提是前面的方法已经调到重合了)，即在汇聚点平面5和焊接激光焦点平面6调节至重合后，保证加工过程中两者始终重合。比如用于3D焊接、3D打印等时，先固定准直光学镜片3，调节绿光发射器1使得汇聚点平面5和焊接激光焦点平面6重合，3D焊接和3D打印要求光斑在水平面运动的同时，也要求光斑在竖直方向运动，竖直方向的运动通过准直光学镜片3的运动来实现(图12箭头所示)，这样的话准直光学镜片3与绿光发射器1之间的距离和准直光学镜片3与激光出射点之间的距离等都在变化，但是光学镜片7保证汇聚点50和焊接激光焦点60始终重合，那么就可以通过汇聚点50来准确定焊接激光焦点60的位置。
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 (7)

1.一种激光焦点定位装置，其特征在于：该定位装置包括：
绿光发射器，用于发射绿光，所述绿光与焊接激光同轴设置；
分光片，用于将所述绿光分成三束或三束以上的绿光束；
准直聚焦组件，用于将所述三束或三束以上绿光束进行准直聚焦形成汇聚点；
汇聚点平面，用于形成所述汇聚点，所述汇聚点平面与所述焊接激光焦点平面重合设置；
所述分光片上设置一个光学镜片，所述光学镜片与所述绿光发射器的位置相对应，用于在汇聚点平面和焊接激光焦点平面调节至重合后，保证加工过程中汇聚点平面和焊接激光焦点平面始终重合。
2.根据权利要求1所述的激光焦点定位装置，其特征在于：所述准直聚焦组件包括准直光学镜片和聚焦光学镜片，所述三束绿光束依次经过所述准直光学镜片和聚焦光学镜片后进行准直聚焦。
3.根据权利要求2所述的激光焦点定位装置，其特征在于：所述绿光发射器、分光片、准直光学镜片和聚焦光学镜片依次同轴设置。
4.根据权利要求2所述的激光焦点定位装置，其特征在于：所述分光片上包括三个通光孔，三个所述通光孔的大小相同，三个所述通光孔圆心的连线形成等边三角形。
5.根据权利要求4所述的激光焦点定位装置，其特征在于：所述分光片为圆形，三个所述通光孔沿其周向均匀分布。
6.根据权利要求4所述的激光焦点定位装置，其特征在于：所述绿光发射器能够沿垂直于焊接激光方向调整位置，或沿焊接激光方向进行调整位置。
7.一种采用权利要求1－6任意一项记载的所述激光焦点定位装置的定位方法，其特征在于：该定位方法的具体步骤包括如下：
步骤S1：在不锈钢板或硬纸板上调整不同焦距进行打点或线，并根据点、线的变化以及激光烧灼的激烈程度，确定焊接激光焦点平面的位置；
步骤S2：绿光发射器发出的绿光被分光片分成三束或三束以上的绿光束，所述绿光与焊接激光同轴；
步骤S3：所述三束或三束以上绿光束经过准直聚焦组件后，在汇聚点平面上进行汇聚形成汇聚点；
步骤S4：调节所述绿光发射器在其光路同向方向上的位置，使所述汇聚点平面与焊接激光焦点平面的位置重合；
步骤S5：每次加工时，根据汇聚点的形状来确定焊接激光焦点的位置。
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