CN110434471A - 集成三种激光加工工艺的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成三种激光加工工艺的实验装置，包括超快激光器、二氧化碳激光器、位于超快激光器所发激光的光线传输路径上的第一组反射镜、位于二氧化碳激光器所发激光的光线传输路径上的第二组反射镜、XY轴运动平台和Z轴运动平台，XY轴运动平台上设有用于放置有可随其一同运动的工件，所述Z轴运动平台上设有可随其沿其一同运动用于加工工件的第一振镜组件、第二振镜组件、二氧化碳镜座组件和激光切割组件。本发明将切边、倒角和打孔三种不同的工艺集成在一个实验装置上完成，且利用多个反射镜形成不同的光线传播路线，再利用不同的激光光路完成不同的加工工艺，有效减少设备数量、节省设备占地面积和成本，有效提高实验加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬脆材料加工设备，尤其涉及一种集成三种激光加工工艺的实验装置。
背景技术
超短脉冲激光由于其脉冲时间短，峰值能量高等特点，在材料加工中热影响区小，能够实现更好效果的"冷"加工而被广泛应用于硬脆材料的加工。超短脉冲激光常应用于硬脆材料的切边、倒角、打孔等工艺。现有工件加工，需要利用多台激光加工设备完成不同类型的加工工艺，设备占地面积大，成本高，且效率低。
因此，亟待解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的提供一种可以利用多条激光光路完成不同的加工工艺、减少设备数量、节省设备占地面积和成本，有效提高实验加工效率的集成三种激光加工工艺的实验装置。
技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种集成三种激光加工工艺的实验装置，包括超快激光器、二氧化碳激光器、位于超快激光器所发激光的光线传输路径上的第一组反射镜、位于二氧化碳激光器所发激光的光线传输路径上的第二组反射镜、XY轴运动平台和Z轴运动平台，所述XY轴运动平台上设有用于放置有可随其一同运动的工件，所述Z轴运动平台上设有可随其沿其一同运动用于加工工件的第一振镜组件、第二振镜组件、二氧化碳镜座组件和激光切割组件。
其中，还包括隔振光学平台，该隔振光学平台上设有用于放置Z轴运动平台的龙门框架，所述超快激光器、二氧化碳激光器和XY轴运动平台均设置在隔振光学平台上。
进一步，还包括位于二氧化碳激光器出光处的光快门。
优选的，所述第一组反射镜包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜和第八反射镜，其中第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第七反射镜按照超快激光器出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第一道激光传播路径，并将激光传输至第一振镜组件用于加工工件；第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜按照超快激光器出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第二道激光传播路径，并将激光传输至第二振镜组件用于加工工件；第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第八反射镜按照超快激光器出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第三道激光传播路径，并将激光传输至激光切割组件用于加工工件。
再者，所述第二组反射镜包括第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜和第十二反射镜，并按照二氧化碳激光器出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第四道激光传播路径，并将激光传输至二氧化碳镜座组件用于加工工件。
进一步，所述第一振镜组件包括第一连接底板，以及均位于第一连接底板上的第一振镜、第一场镜和第十三反射镜，其中第十三反射镜用于反射超快激光器所发激光并传输至第一场镜用于加工工件。
优选的，所述第二振镜组件包括第二连接底板，以及均位于第二连接底板上的第二振镜、第二场镜和第十四反射镜，其中第十四反射镜用于反射超快激光器所发激光并传输至第二场镜用于加工工件。
进一步，所述二氧化碳镜座组件包括固定在Z轴运动平台上的激光头调节块和导向块，以及与激光头调节块螺栓连接且可沿Z轴运动平台上下移动的安装有二氧化碳镜座的激光头安装块，所述激光头安装块上开设有与导向块相适配的滑槽和用于连接Z轴运动平台的条形孔，激光头安装块通过螺钉与条形孔可活动连接于Z轴运动平台上。
再者，所述激光切割组件包括激光切割头和用于夹紧激光切割头且间隔固定于Z轴运动平台上的连接组件，该连接组件包括相互卡合的带半圆状结构的上压块和下压块。
优选的，所述Z轴运动平台上还设有用于观察工件被加工表面质量的显微相机，该显微相机通过相机支架固定于Z轴运动平台上，该相机支架包括与Z轴运动平台固定的相对设置的两个立架，以及位于两立架之间的横梁。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明将切边、倒角和打孔三种不同的工艺集成在一个实验装置上完成，且利用多个反射镜形成不同的光线传播路线，再利用不同的激光光路完成不同的加工工艺，有效减少设备数量、节省设备占地面积和成本，有效提高实验加工效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明中龙门框架的结构示意图；
图4为本发明中部分组件的组装示意图；
图5为本发明中第一振镜组件的结构示意图；
图6为本发明中第二振镜组件的结构示意图；
图7为本发明中二氧化碳镜座组件的结构示意图；
图8为本发明中激光切割组件的结构示意图；
图9为本发明中显微相机的安装示意图；
图10为本发明中扩束镜组的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明一种集成三种激光加工工艺的实验装置，包括超快激光器1、二氧化碳激光器2、XY轴运动平台3、Z轴运动平台4、第一振镜组件5、第二振镜组件6、二氧化碳镜座组件7、激光切割组件8、隔振光学平台9、龙门框架10、第一反射镜11、第二反射镜12、第三反射镜13、第四反射镜14、第五反射镜15、第六反射镜16、第七反射镜17、第八反射镜18、第九反射镜19、第十反射镜20、第十一反射镜21、第十二反射镜22、显微相机23、相机支架24、光快门25、扩束镜组26、第一工件27、第二工件28和第三工件29。其中本发明的超快激光器1、二氧化碳激光器2、XY轴运动平台3、龙门框架10、第一反射镜11、第二反射镜12、第三反射镜13、第四反射镜14、第九反射镜19、第十反射镜20、光快门25和扩束镜组26均设置在隔振光学平台9上。
本发明的XY轴运动平台3包括由X轴电机驱动X轴运动平台和Y轴电机驱动Y轴运动平台，XY轴运动平台3上通过夹具30安装有第一工件27、第二工件28和第三工件29，且第一工件27、第二工件28和第三工件29均可随着XY轴运动平台3沿X轴和Y轴来回运动。
如图3所示，本发明的龙门框架10包括位于横梁处的上面包板1001、位于立柱处的左连接板1002和平衡气缸1003，其中上面包板1001是用于安装第五反射镜15、第六反射镜16、第七反射镜17、第八反射镜18、第十反射镜20和第十一反射镜21的，左连接板1002上开设预留孔，可便于后期增加光学零件时可直接安装，无需额外配孔，平衡气缸1003是为了平衡Z轴运动平台上可移动部件的重量。如图4所示，本发明的Z轴运动平台4设置在龙门框架10上，由伺服电机和滚柱丝杠驱动实现Z轴运动平台4沿龙门框架10上下移动。Z轴运动平台4包括Z轴滑板401，该Z轴滑板401上安装有第一振镜组件5、第二振镜组件6、二氧化碳镜座组件7和激光切割组件8，且第一振镜组件5、第二振镜组件6、二氧化碳镜座组件7和激光切割组件8可随着Z轴运动平台4一同沿Z轴上下运动。
如图5所示，第一振镜组件5包括与Z轴滑板401固定相连的第一连接底板501，以及均位于第一连接底板501上的第一振镜502、第一场镜503和第十三反射镜504，其中第十三反射镜504用于反射超快激光器1所发激光并传输至第一场镜503用于加工工件，其中第一振镜502可选用14mm振镜。如图6所示，第二振镜组件6包括与Z轴滑板401固定相连的第二连接底板601，以及均位于第二连接底板601上的第二振镜602、第二场镜603和第十四反射镜604，其中第十四反射镜604用于反射超快激光器1所发激光并传输至第二场镜603用于加工工件，第二振镜602可选用10mm振镜。如图7所示，二氧化碳镜座组件7包括固定在Z轴滑板401上的激光头调节块701和导向块702，以及与激光头调节块701螺栓连接且可沿Z轴滑板401上下移动的安装有二氧化碳镜座703的激光头安装块704，该激光头安装块704上开设有与导向块702相适配的滑槽和用于连接Z轴滑板401的条形孔705，激光头安装块704通过螺钉与条形孔705可活动连接于Z轴滑板401上；调松穿过条形孔705用于固定激光头安装块704的两个螺钉，同时调节激光头调节块701上的螺栓706，使激光头安装块704沿着导向块702上下移动。如图8所示，激光切割组件8包括激光切割头801和用于夹紧激光切割头801且间隔固定于Z轴滑板401上的连接组件，该连接组件包括相互卡合的带半圆状结构的上压块802和下压块803，该下压块803通过螺钉与Z轴滑板401固定连接。
本发明的第一反射镜11、第二反射镜12、第三反射镜13、第四反射镜14、第五反射镜15、第六反射镜16、第七反射镜17和第八反射镜18组成第一组反射镜，该第一组反射镜位于超快激光器1所发激光的光线传输路径。本发明的第九反射镜19、第十反射镜20、第十一反射镜21和第十二反射镜22组成第二组反射镜，该第二组反射镜位于二氧化碳激光器2所发激光的光线传输路径上。
本发明的第一反射镜11、第二反射镜12、第三反射镜13、第四反射镜14、第五反射镜15和第七反射镜17按照超快激光器1出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第一道激光传播路径，并将激光传输至第一振镜组件5的第一场镜503对第三工件29进行打孔加工。
本发明的第一反射镜11、第二反射镜12、第三反射镜13、第四反射镜14、第五反射镜15和第六反射镜16按照超快激光器1出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第二道激光传播路径，并将激光传输至第二振镜组件6的第二场镜603对第二工件28进行倒角加工。本发明的第一振镜组件5和第二振镜组件6可以进行加工互换，既第一振镜组件5可以进行打孔工艺或倒角工艺；第二振镜组件6也可以进行倒角工艺或打孔工艺。但是由于两种加工工艺对于激光所需的能量不同，如果第一振镜组件5进行倒角工艺或者第二振镜组件6进行打孔工艺，就需要对激光功率、Z轴高度等等一系列参数进行重新试验和设定，而加工工艺后产品的质量也需要重新检验。本发明中第一振镜组件5进行打孔工艺，第二振镜组件6进行倒角工艺，是最优的工艺解决办法。
本发明的第一反射镜11、第二反射镜12、第三反射镜13、第四反射镜14、第五反射镜15和第八反射镜18按照超快激光器1出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第三道激光传播路径，并将激光传输至激光切割组件8的激光切割头801上对第一工件27进行切边前序加工。
本发明的第九反射镜19、第十反射镜20、第十一反射镜21和第十二反射镜22，并按照二氧化碳激光器2出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第四道激光传播路径，并将激光传输至二氧化碳镜座组件7的二氧化碳镜座703对第一工件27进行切边后序加工。
如图9所示本发明的Z轴运动平台4的Z轴滑板401上还安装有用于观察工件被加工表面质量的显微相机23，该显微相机23通过相机支架24固定于Z轴滑板401上，其中显微相机23通过压块与相机支架24固定连接。该相机支架包括与Z轴运动平台固定相对设置的两个立架，以及位于两立架之间的横梁。显微相机23可用于前期调试，方便观察零件被加工表面的质量，显微相机23的数量为2个，分别位于第二工件28和第三工件29的上方，可利用显微相机23实现精准定位。
本发明的二氧化碳激光器2出光口处还设有光快门25，该光快门放置在二氧化碳激光器2前面，主要作用是控制激光的通过和断开，如此二氧化碳激光器可保持开机状态一直稳定出光，只需要控制光快门的开启和关闭。
如图1和图10所示，本发明在第二反射镜12和第三反射镜13之间设有扩束镜组26。本发明的扩束镜组26包括与隔振光学平台9固定连接的滑动导轨2601、可沿滑动导轨2601来回滑动的多个导轨底座2602，每一个导轨底座2602上依次连接有扩束镜柱2603和扩束镜2604；其中滑动导轨2601上开设有腰型孔，通过螺栓和腰型孔与隔振光学平台9固定连接，扩束镜组26可将激光器发出的光束直径通过扩束后加大光束直径，最终目的是使聚焦的光斑更小。
Claims (10)
1.一种集成三种激光加工工艺的实验装置，其特征在于：包括超快激光器(1)、二氧化碳激光器(2)、位于超快激光器(1)所发激光的光线传输路径上的第一组反射镜、位于二氧化碳激光器(2)所发激光的光线传输路径上的第二组反射镜、XY轴运动平台(3)和Z轴运动平台(4)，所述XY轴运动平台(3)上设有用于放置有可随其一同运动的工件，所述Z轴运动平台(4)上设有可随其一同运动用于加工工件的第一振镜组件(5)、第二振镜组件(6)、二氧化碳镜座组件(7)和激光切割组件(8)。
2.根据权利要求1所述的集成三种激光加工工艺的实验装置，其特征在于：还包括隔振光学平台(9)，该隔振光学平台(9)上设有用于放置Z轴运动平台(4)的龙门框架(10)，所述超快激光器(1)、二氧化碳激光器(2)和XY轴运动平台(3)均设置在隔振光学平台(9)上。
3.根据权利要求1所述的集成三种激光加工工艺的实验装置，其特征在于：所述二氧化碳激光器(2)出光口处还设有光快门(25)。
4.根据权利要求1所述的集成三种激光加工工艺的实验装置，其特征在于：所述第一组反射镜包括第一反射镜(11)、第二反射镜(12)、第三反射镜(13)、第四反射镜(14)、第五反射镜(15)、第六反射镜(16)、第七反射镜(17)和第八反射镜(18)，其中第一反射镜(11)、第二反射镜(12)、第三反射镜(13)、第四反射镜(14)、第五反射镜(15)和第七反射镜(17)按照超快激光器出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第一道激光传播路径，并将激光传输至第一振镜组件(5)用于加工工件；第一反射镜(11)、第二反射镜(12)、第三反射镜(13)、第四反射镜(14)、第五反射镜(15)和第六反射镜(16)按照超快激光器出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第二道激光传播路径，并将激光传输至第二振镜组件(6)用于加工工件；第一反射镜(11)、第二反射镜(12)、第三反射镜(13)、第四反射镜(14)、第五反射镜(15)和第八反射镜(18)按照超快激光器出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第三道激光传播路径，并将激光传输至激光切割组件(8)用于加工工件。
5.根据权利要求1所述的集成三种激光加工工艺的实验装置，其特征在于：所述第二组反射镜包括第九反射镜(19)、第十反射镜(20)、第十一反射镜(21)和第十二反射镜(22)，并按照二氧化碳激光器出光方向、加工工件时光束方向和实验装置空间位置依次排列形成第四道激光传播路径，并将激光传输至二氧化碳镜座组件(7)用于加工工件。
6.根据权利要求1所述的集成三种激光加工工艺的实验装置，其特征在于：所述第一振镜组件(5)包括第一连接底板(501)，以及均位于第一连接底板(501)上的第一振镜(502)、第一场镜(503)和第十三反射镜(504)，其中第十三反射镜(504)用于反射超快激光器(1)所发激光并传输至第一场镜(503)用于加工工件。
7.根据权利要求1所述的集成三种激光加工工艺的实验装置，其特征在于：所述第二振镜组件(6)包括第二连接底板(601)，以及均位于第二连接底板(601)上的第二振镜(602)、第二场镜(603)和第十四反射镜(604)，其中第十四反射镜(604)用于反射超快激光器(1)所发激光并传输至第二场镜(603)用于加工工件。
8.根据权利要求1所述的集成三种激光加工工艺的实验装置，其特征在于：所述二氧化碳镜座组件(7)包括固定在Z轴运动平台(4)上的激光头调节块(701)和导向块(702)，以及与激光头调节块(701)螺栓连接且可沿Z轴运动平台(4)上下移动的安装有二氧化碳镜座(703)的激光头安装块(704)，该激光头安装块(704)上开设有与导向块(702)相适配的滑槽和用于连接Z轴运动平台的条形孔(705)，激光头安装块(704)通过螺钉与条形孔(705)可活动连接于Z轴运动平台(4)上。
9.根据权利要求1所述的集成三种激光加工工艺的实验装置，其特征在于：所述激光切割组件(8)包括激光切割头(801)和用于夹紧激光切割头(801)且间隔固定于Z轴运动平台(4)上的连接组件，该连接组件包括相互卡合的带半圆状结构的上压块(802)和下压块(803)。
10.根据权利要求1所述的集成三种激光加工工艺的实验装置，其特征在于：所述Z轴运动平台(4)上还设有用于观察工件被加工表面质量的显微相机(23)，该显微相机(23)通过相机支架(24)固定于Z轴运动平台(4)上，该相机支架(24)包括与Z轴运动平台固定相对设置的两个立架，以及位于两立架之间的横梁。
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