CN111299850B - 一种激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光加工方法，包括激光切割头；激光切割头包括光纤接头、光阑支座以及喷嘴组件；所述光阑支座包括侧壁、顶壁和底壁，所述侧壁、顶壁和底壁围成一个空心腔体；所述激光切割头还包括遮光板机构，所述遮光板机构包括电机、丝杆、丝杆螺母以及遮光板；所述电机安装在所述顶壁的外侧，所述丝杆位于所述电机的输出轴的延长线上，并与所述电机的输出轴连接；所述遮光板与所述丝杆垂直，并与所述丝杆螺母固定连接；在所述遮光板的中心设置有遮光孔；通过将所述遮光板机构和光束轴的同轴移动，有意让主光束的外层光和遮光板接触，实现对外层光的去除，从而提升光束品质，实现高品质和稳定的激光加工。

Description

一种激光加工方法
技术领域
本发明涉及激光切管领域，尤其涉及一种激光加工方法。
背景技术
激光切割是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。随着光束与工件相对位置的移动，最终使材料形成切缝，从而达到切割的目的，广泛的应用于工业各种各样的金属行业当中。
激光切割的品质不稳定，切割面粗糙，连续切割不稳定，一直是我们激光切割的最大课题，主要原因是影响切割品质的因素过多，比如焦点位置，喷嘴口径，激光功率，脉冲频率等工艺相关的因素，还有主光束的外层光也是影响切割不良或不稳定的一个重要因素。但目前对主光的外层光基本没有做任何处理。切割面品质控制也只能停留在工艺调试上，以致切割面品质调试改变有限。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种激光加工方法，该激光加工方法利用所述激光切割头内的遮光板机构对外层光进行有效的去除，从而能够提升光束品质和改变切割不良，实现高品质的激光切割，具体内容如下：
包括激光切割头，所述激光切割头包括光纤接头、光阑支座以及喷嘴组件；所述光纤接头、光阑支座以及喷嘴组件依次固定连接；其特征在于：所述光阑支座包括侧壁、顶壁和底壁，所述侧壁、顶壁和底壁围成一个空心腔体；所述激光切割头还包括遮光板机构，所述遮光板机构包括电机、丝杆、丝杆螺母以及遮光板；所述电机安装在所述顶壁的外侧，所述丝杆、丝杆螺母以及遮光板均容纳在所述空心腔体内；所述丝杆位于所述电机的输出轴的延长线上，并与所述电机的输出轴连接；所述遮光板与所述丝杆垂直，并与所述丝杆螺母固定连接；在所述遮光板的中心设置有遮光孔；所述激光加工方法包括如下步骤：
S1：建立激光的相对发射功率与外层光发散角之间一一对应的第一数据库；
S2：建立激光的发散角与遮光板的目标移动距离之间一一对应的第二数据库；
S3：在实际切割过程中，首先将所述遮光板调整至初始位置；再根据激光的功率利用第一数据库得到外层光的发散角数据，根据外层光的发散角数据利用第二数据库得到所述遮光板的目标移动距离；
S4：开启电机，移动所述遮光板至目标移动距离后关闭电机；
S5：对目标物进行切割。
优选的，对于步骤S1中，首先建立离散的第一数据库，根据离散的数据库利用插值算法得到连续的第一数据库。
优选的，在步骤S2中，对于特定的外层光发散角，移动所述遮光板至不同的位置，得到不同的切割效果，从而找到当切割效果最好时所述遮光板的目标移动距离；以此类推，得到不同的外层光发散角对应的所述遮光板的目标移动距离。
优选的，所述遮光板组件还包括联轴器，所述联轴器的一端与所述电机的输出轴连接，所述联轴器的另一端与所述丝杆连接。
优选的，在所述遮光孔的朝向所述光纤接头的一端设置有倒圆角。
优选的，在所述遮光板的左右两侧上均固定设置有滑块，在所述光阑支座的侧壁上设置有滑槽，所述滑块在所述滑槽内滑动。
优选的，所述丝杆螺母包括竖直连接部和水平安装部，所述竖直连接部为空心圆柱体形，所述水平安装部位为环形；所述竖直连接部和水平安装部一体成型，所述遮光板安装在所述水平安装部上。
优选的，在所述水平安装部上设置有凹槽结构，在所述遮光板上设置有凸起结构，所述凹槽结构与所述凸起结构配合定位。
本发明的有益效果为：
本发明在首先建立激光的相对发射功率与外层光发散角之间一一对应的第一数据库，然后建立激光的发散角与遮光板的目标移动距离之间一一对应的第二数据库，再根据激光的功率利用第一数据库得到外层光的发散角数据，根据外层光的发散角数据利用第二数据库得到所述遮光板的目标移动距离，最后对目标物进行切割；通过将所述遮光板机构和光束轴的同轴移动，有意让主光束的外层光和遮光板接触，实现对外层光的去除，从而提升光束品质，实现高品质和稳定的激光加工。
附图说明
图1为本发明的激光切割头的剖面图；
图2为图1中遮光板机构的结构图；
图3为本发明激光的发散角随激光相对发射功率变化的图；
图4为激光的发散角的示意图；
图5为光量随遮光板的距离变化而变化的示意图。
图中各附图标记所指代的技术特征如下：
1、光纤接头；2、光阑支座；2.1、侧壁；2.2、顶壁；2.3、底壁；3、喷嘴组件；3.1、扩束镜片安装座；3.2、聚焦镜片安装座；3.3、保护镜片安装座；3.4、喷嘴；4、空心腔体；4.1、第一腔体；4.2、第二腔体；5、遮光板机构；5.1、电机；5.2、丝杆；5.3、丝杆螺母；5.4、遮光板；5.5、联轴器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
在本实施例中，所述“上”“下”“左”“右”均是指激光切割头正常安装时，围绕所述激光切割头的“上”“下”“左”“右”。
本发明公开了一种激光加工方法，该激光加工方法利用如图1所述的一种激光切割头来实现，所述激光切割头包括光纤接头1、光阑支座2以及喷嘴组件3；所述光纤接头1、光阑支座2以及喷嘴组件3依次固定连接；所述喷嘴组件3包括扩束镜片安装座3.1、聚焦镜片安装座3.2、保护镜片安装座3.3以及喷嘴3.4；所述扩束镜片安装座3.1、聚焦镜片安装座3.2、保护镜片安装座3.3以及喷嘴3.4依次固定连接，所述扩束镜片安装座3.1、聚焦镜片安装座3.2、保护镜片安装座3.3以及喷嘴3.4为常规的激光切割头的组成部分，在此不做赘述。在本发明中，所述光阑支座2包括侧壁2.1、顶壁2.2和底壁2.3，侧壁2.1、顶壁2.2和底壁2.3围成一个空心腔体4，所述空心腔体包括第一腔体4.1和第二腔体4.2；所述第一腔体4.1和第二腔体4.2连通；所述第一腔体4.1具有上下两个开口，所述上开口与所述光纤接头1配合，所述下开口与所述喷嘴组件3配合，并且所述第一腔体4.1的中心轴与所述光束的中心轴同轴，所述第一腔体4.1用于容纳光束的通过；所述光阑支座2的侧壁2.1、顶壁2.2和底壁2.3围绕成所述第二腔体4.2，所述第二腔体4.2具有一个开口，所述第二腔体4.2的开口与所述第一腔体4.1连通，所述第二腔体4.2用于容纳遮光板机构5。
所述激光切割头还包括遮光板机构5，所述遮光板机构5包括电机5.1、丝杆5.2、丝杆螺母5.3以及遮光板5.4；所述电机5.1安装在所述顶壁2.2的外侧，所述顶壁2.2的外侧是指所述顶壁2.2背离所述第二腔体4.2的一侧，所述丝杆5.2、丝杆螺母5.3以及遮光板5.4均容纳在所述空心腔体4内，所述丝杆5.2位于所述电机5.1的输出轴的延长线上，并与所述电机5.1的输出轴连接，优选的，在所述电机5.1的输出轴与所述丝杆5.2之间设置有联轴器5.5，所述联轴器5.5的一端与所述电机5.1的输出轴连接，所述联轴器5.5的另一端与所述丝杆5.2连接；所述遮光板5.4与所述丝杆5.2垂直，并与所述丝杆螺母5.3固定连接；在所述遮光板5.4的中心设置有遮光孔。当所述电机5.1开启时，所述电机5.1的输出轴旋转能带动所述丝杆5.2旋转，所述丝杆5.2旋转能带动所述丝杆螺母5.3沿着丝杆运动，由于所述遮光板5.4与所述丝杆螺母5.3固定连接，所以电机5.1开启时，能带动所述遮光板5.4沿着所述丝杆5.2运动。
所述遮光孔的中心轴与光束的中心轴同轴，并且在所述遮光孔的朝向所述光纤接头1的一端设置有倒圆角结构，设置倒圆角的目的是为了增大受光面积，同样大小的遮光孔如果设置了倒角结构会有跟过的光通过。通过将所述遮光板机构和光束轴的同轴移动，有意让主光束的外层光和遮光板接触，实现对外层光的去除，从而提升光束品质，实现高品质和稳定的激光加工。
为了保证遮光板5.4的运动更稳定，在所述遮光板5.4的左右两侧上均固定设置有滑块(图中未示出)，在所述光阑支座2的侧壁上设置有滑槽(图中未示出)所述滑块在所述滑槽内滑动从而使得所述遮光板5.4的运动更稳定，不会出现晃动。
如图所示，所述丝杆螺母5.3包括竖直连接部5.3.1和水平安装部5.3.2，所述竖直连接部5.3.1为空心圆柱体形，所述水平安装部5.3.2为环形，所述竖直连接部5.3.1和水平安装部5.3.2一体成型，在所述竖直连接部5.3.1和水平安装部5.3.2的内壁上设置有螺纹结构，该螺纹结构用于与所述丝杆5.2配合，所述遮光板5.4安装在所述水平安装部5.3.2上，如此设置便于所述遮光板5.4的安装，为更进一步的便于所述遮光板5.4的安装，在所述水平安装部5.3.2生设置有凹槽结构，在所述遮光板5.4上设置有凸起结构，所述凹槽结构与所述凸起结构配合定位，使得所述遮光板5.4与所述水平安装部5.3.2在安装时能够首先进行预定位。
本发明还公开了一种激光加工方法，该激光加工方法利用上述带遮光板机构的激光切割头，包括如下步骤：
S1：建立激光相对发射功率与外层光发散角之间一一对应的第一数据库；
S2：建立激光的外层光发散角与遮光板的目标移动距离之间一一对应的第二数据库；
S3：在实际切割过程中，首先将所述遮光板调整至初始位置；再根据激光的功率利用第一数据库得到外层光的发散角数据，根据外层光的发散角数据利用第二数据库得到所述遮光板的目标移动距离；
S4：开启电机，移动所述遮光板至目标移动距离后关闭电机；
S5：对目标物进行切割。
优选的，对于步骤S1中，首先建立离散的第一数据库，根据离散的数据库利用插值算法得到连续的第一数据库。
优选的，在步骤S2中，对于特定的外层光发散角，移动所述遮光板至不同的位置，得到不同的切割效果，从而找到当切割效果最好时所述遮光板的目标移动距离；以此类推，得到不同的外层光发散角对应的所述遮光板的目标移动距离。
如图4所示，A代表光纤，NA代表激光的发散角，激光的发散角NA在0.03-0.17的范围之间变化。激光的发散角随激光器的功率的不同会出现细微的变化，这个变化在实际应用过程中可以忽略不计，激光的发散角只与激光的相对输出功率有关，随着激光的相对输出功率的变化而变化。图3以4KW的激光器为例进行说明，横坐标为激光的外层光发散角，纵坐标为激光的相对发射功率；不同的曲线代表同一个激光器的不同输出功率，2V代表20％输出功率(即0.8KW)，6V代表60％输出功率(即4.8KW)，10V代表100％输出功率(即4KW)，这里的2V、6V、10V代表4KW的激光器的不同输出功率，不同的输出功率之间改变了激光的能量密度，激光的发散角之间的差别不大；激光的发散角只与纵坐标(激光相对发射功率)有关，即：同样在2V时，随着激光的相对发射功率的变化，激光的发散角之间会出现较大的变化。
如图5所示，当遮光板5.4移动位置时，能够让主光束的外层光与遮光板接触，实现对外层光的去除，从而能实现稳定和高品质的激光切割加工。不同的遮光板位置对应不同的切割效果，移动遮光板至不同的位置，来查看切割后的效果，从而找到最合适的遮光板的位置。
所以，首先，需要建立激光相对发射功率与外层光发散角之间一一对应的第一数据库，然后再建立激光的外层光发散角与遮光板的目标移动距离之间一一对应的第二数据库；在实际使用过程中，控制系统读取了激光的相对输出功率后，从第一数据库内找出与之相对应的激光发散角；然后通过激光发散角数据从第二数据库内找出遮光板的目标移动距离，再根据遮光板的目标移动距离移动所述遮光板，最后，进行激光切割。需要注意的是，每次切割之后，都需要将遮光板移动至初始位置，便于下次切割。
以上对本发明所提供的一种激光加工方法的实施例进行了详细阐述。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种激光加工方法，其特征在于：包括激光切割头，所述激光切割头包括光纤接头、光阑支座以及喷嘴组件；所述光纤接头、光阑支座以及喷嘴组件依次固定连接；其特征在于：所述光阑支座包括侧壁、顶壁和底壁，所述侧壁、顶壁和底壁围成一个空心腔体；所述激光切割头还包括遮光板机构，所述遮光板机构包括电机、丝杆、丝杆螺母以及遮光板；所述电机安装在所述顶壁的外侧，所述丝杆、丝杆螺母以及遮光板均容纳在所述空心腔体内；所述丝杆位于所述电机的输出轴的延长线上，并与所述电机的输出轴连接；所述遮光板与所述丝杆垂直，并与所述丝杆螺母固定连接；在所述遮光板的中心设置有遮光孔；所述激光加工方法包括如下步骤：
S1：建立激光的相对发射功率与外层光发散角之间一一对应的第一数据库；
S2：建立激光的发散角与遮光板的目标移动距离之间一一对应的第二数据库；
S3：在实际切割过程中，首先将所述遮光板调整至初始位置；再根据激光的功率利用第一数据库得到外层光的发散角数据，根据外层光的发散角数据利用第二数据库得到所述遮光板的目标移动距离；
S4：开启电机，移动所述遮光板至目标移动距离后关闭电机；
S5：对目标物进行切割。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：对于步骤S1中，首先建立离散的第一数据库，根据离散的数据库利用插值算法得到连续的第一数据库。
3.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：在步骤S2中，对于特定的外层光发散角，移动所述遮光板至不同的位置，得到不同的切割效果，从而找到当切割效果最好时所述遮光板的目标移动距离；以此类推，得到不同的外层光发散角对应的所述遮光板的目标移动距离。
4.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：所述遮光板组件还包括联轴器，所述联轴器的一端与所述电机的输出轴连接，所述联轴器的另一端与所述丝杆连接。
5.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：在所述遮光孔的朝向所述光纤接头的一端设置有倒圆角。
6.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：在所述遮光板的左右两侧上均固定设置有滑块，在所述光阑支座的侧壁上设置有滑槽，所述滑块在所述滑槽内滑动。
7.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：所述丝杆螺母包括竖直连接部和水平安装部，所述竖直连接部为空心圆柱体形，所述水平安装部位为环形；所述竖直连接部和水平安装部一体成型，所述遮光板安装在所述水平安装部上。
8.如权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于：在所述水平安装部上设置有凹槽结构，在所述遮光板上设置有凸起结构，所述凹槽结构与所述凸起结构配合定位。
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