CN112247371B - 一种激光光路柔性激光合能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光光路柔性激光合能控制系统，至少两个激光头输出至各自对应加工区域；及，与激光头数量相应的激光发生源；激光发生源实施为向激光头输出独立光路的激光器，至少一条独立光路通过接入光路切换装置实现光路输出的聚能/直通；光路切换装置输出光路至所述激光头；或至少两条独立光路耦合聚能至一激光头，在并列的独立光路上设置光路切换装置以改变单条独立光路的方向形成单激光器与单激光头对应的直通输出；光路切换装置包括：透镜组，布置于任一独立光路上并通过镜面反射改变光路方向与另一独立光路合束。通过光路切换成倍提升切割效率，提高大床身的台面利用率，厚板材的切割，从而提高激光切割能力范围，投资性价比高。

Description

一种激光光路柔性激光合能控制系统
技术领域
本发明涉及激光切割光路控制技术领域，尤其涉及一种激光光路柔性激光合能控制系统。
背景技术
激光切割机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。
激光切割加工是用不可见的光束代替了传统的机械刀，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于传统的金属切割工艺设备。激光刀头的机械部分与工件无接触，在工作中不会对工件表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工；切割热影响区小，板材变形小，切缝窄(0.1mm～0.3mm)；切口没有机械应力，无剪切毛刺；加工精度高，重复性好，不损伤材料表面；数控编程，可加工任意的平面图，可以对幅面很大的整板切割，无需开模具，经济省时。
在实际生产过程中，由于现有的光纤激光板材切割机只有一个激光切割头，切割效率较低，在使用大床身加工小板材时存在机床的空间浪费，另外不同功率的激光器成本也不一样，功率越高价格越高，使用高功率激光器切割薄板则需要降功率运行，不能充分有效利用光纤激光器的功率，导致光纤激光切割机综合利用效率低，投资效用低。
发明内容
本发明的技术方案是：一种激光光路柔性激光合能控制系统，至少两个激光头输出至各自对应加工区域；激光头与对应的激光器形成对应的光路输出关系。
本设备上包括一个激光发生组件，该组件为组合式的激光输出装置或集成的一体式输出装置。其所达到的技术效果是，通过多个激光器的输出可以实现输出光路的分/聚。光路切换装置输出光路至激光头，为激光头提供光能。
具体的，激光发生组件，包括输出独立光路的激光器。原则是，每个激光头都对应一个激光器，该方式下就可以实现每个激光头的“单能”输出。
在激光发生组件里设置一个光路切换装置，该光路切换装置的作用是可以将单个的独立光路方向改变。基于该手段下，产生了两种方式：
第一、单个独立光路通过接入光路切换装置实现光路转向，转向至另一独立光路，并与该独立光路耦合形成输出的聚能。该情况下，可以将某一激光头的输出功率提高。具体的，若两个以上的激光头时，可以基于该原理下进行光路的排列组合布置。即，若定义激光头在单光路功率下输出为一级功率输出，则可以设置相应的激光头具备二级功率的输出或多级输出的功能(单条光路直通输出定义为一级功率输出；合能模式下，两条独立光路聚合则可定义为二级功率输出，以此类推)。
第二、多个并列的独立光路耦合至一个输出，该输出通往一激光头实现聚能输出，在并列的独立光路上设置光路切换装置以改变单条独立光路的方向形成单激光器与单激光头对应的直通输出。具体的，三个激光器形成三条并列的光路，三条光路通过耦合器耦合后输出至激光头A，此时激光头A处于三倍聚能功率下。在并列的光路上布置切换装置，当切换装置工作时，三条独立光路分别被转向，并分别通往激光头A、B、C。该布置方式下，当切换装置不进行光路切换时，则激光头A三倍聚能工作，若切换装置进行光路切换时，则激光头A、B、C均单能输出。
光路切换装置包括：一光纤输入口及与之对应的一光纤输出口关联以形成出入对应的直通光路。直通光路上则采用直通连接器，直通连接器即一个聚光的连接器，其接入单个激光器的独立光路并作为直通光路输出至对应的激光头上。而且聚能的光路上则包括光线合束器，光线合束器即一个耦合器，其接入多个独立光路并耦合成合能光路后输出至任一激光头上。
为了实现光路的转向，光路切换装置包括切换组件。具体的，切换组件包括：活动布置在直通光路上的反射透镜组；光束从准直透镜组射入并从聚焦透镜组射出，在直通光路的原路径上及反射透镜组的反射路径上均布置聚焦透镜组。
反射透镜组采用的活动布置方式包括：定点翻转式、轨迹位移式。
定点翻转式反射透镜组包括：反射镜，及使反射镜转动至反射角度的转轴；反射镜绕转轴翻转至光路中产生光路偏转。
轨迹位移式反射透镜组包括：按反射角度布置的反射镜，及推拉反射镜的位移件；位移件推出反射镜至光路中产生光路偏转。
在整个的激光发生组件中还包括控制器，控制器可以控制光路切换组件产生光路输出的聚能/直通。一般的，控制器包括手动控制模块和系统自动调整模块。手动控制模块可以通过操作者人为的手动控制来调整反射透镜组的工作状态，从而达到光路输出的直通/聚能。而系统自动调整模块则是基于设备整体系统的自动控制，通过程序设定配合驱动结构，驱动结构来控制反射透镜组的工作状态。
本发明的优点是：在实际切割中实现多个激光切割头联动，实现同步或异步精确切制，成倍提升切割效率，提高大床身的台面利用率，厚板材的切割，从而提高激光切割能力范围，投资性价比高。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为激光光路柔性激光合能控制系统的原理图；
图2为激光光路柔性激光合能控制系统中光路切换的示意图；
图3为激光光路柔性激光合能控制系统中由单路向合能切换的示意图；
图4为激光光路柔性激光合能控制系统中由合能向单路切换的示意图；
图5为双激光头异步联动输出的加工示意图；
图6为双激光头同步联动输出的加工示意图；
具体实施方式
实施例1
数个激光切割头联动的光纤激光板材切割机配置有至少两个光纤激光器，光纤激光器使用光纤进行激光光能的传输；激光器输出的激光光能通过第一路传输光纤输入激光光纤光路控制单元，激光光纤光路控制单元内包含至少两个光纤光路直通连接器和至少1个光纤合束器。
该多路激光光路输入输出切换装置具有合能和直连两种模式，在合能模式下能够使至少两个激光器产生的激光耦合为一路输出，通过激光光纤跳线连接至1个激光切割头，在直连模式下则激光器组的光路输出端口分别通过多路激光光路输入输出切换装置的光纤光路直通连接器与多个激光切割头连接。
当需要使用多个激光切割头需要联动加工时，使用直联模式切割，当需要叠加多个激光器的功率时，使用合能模式切割。
激光光纤光路控制单元可控制激光光能的传输方向或通过光纤合束器合能后通过第二路传输光纤传输至目标切制头；激光光纤光路控制单元有多个输入接口和输出接口，可以实现单人单出或N个光纤合并1路光纤输出。
根据切割头需要的激光功率大小，激光光纤光路控制单元的输入路径和输出路径可人工调整或通过激光切割数控控制单元自动调整。
实施例2：
2个激光切割头的激光光能来源及具体连接见图1，第一个光纤激光器通过传输光纤与激光光纤光路控制单元内的第一光纤输入接口30连接，第一光纤连接器32为第一光纤输入接口30与第一光纤输出接口33的光路连接通道，第一光纤输出接口33与第二路传输光纤15连接，第二路传输光纤15与第一个龙门架上安装的激光切割头连接，这样第一个光纤激光器与第一个激光切割头形成完整的激光光路通道。
第二个光纤激光器通过传输光纤与激光光纤光路控制单元内的第二光纤输入接口34连接，第一光纤连接器35为第一光纤输入接口34与第一光纤输出接口36的光路连接通道，第二光纤输出接口36与第二路传输光纤15连接，第二路传输光纤15与第二个龙门架上安装的激光切割头连接，这样第二个光纤激光器与第二个激光切割头形成完整的激光光路通道。
图5和6为两种切割案例；
其中，图2为2个激光切割头分别在切割的产品的两个不同区域同时联动异步切割示意图，一个激光切割头切割区域A，另外一个激光切割头同时切制区域B，2个激光切割头组合联动完成一个产品的切割；
图6为2个激光切割头分别在2个不同区域同时完成N个产品的激光切割联动同步切割工艺，区域A和区域B排有多个同一种规格产品，则两个切制头同时联动同步完成多个产品的切割；
合能模式切割，在需要切割厚板，但是使用1个光纤激光器不能达到所需要的能量时，则2个光纤激光器输出的激光通过激光光纤光路控制单元内的合能模式合并输出为一路激光至1个激光切割头，只使用1个激光切割头汇集2个光纤激光器的能量完成较厚板材的切割.
如图2和4，每条光路上都设置多路激光光路输入输出切换装置，因此，可以将合能输出切换为多个单通输出。例如图4，三条光路在不进行切换时，可以通过耦合器合能成一个三倍输出的聚能效果，此时接入任一激光头实现单头聚能加工。当其进行切换时，每条独立光路都被反射，三条切换光路对应接入各自对应激光头就可以实现单头单能输出。
图1以两路光纤激光器为例说明合能模式切割，第一个光纤激光器通过传输光纤连接至第三光纤输入接口37，第二个光纤激光器通过传输光纤连接至第三光纤输入接口38，2个光纤激光器输入的光能通过光纤合束器39合能为1路光纤通过输出第三光纤输出接口，第三光纤输出接口通过传输光纤连接至1个激光切割头，从而实现合能模式切割。
本发明实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种激光光路柔性激光合能控制系统，包括：至少两个激光头输出至各自对应加工区域；及，与激光头数量相应的激光发生源；其特征在于：
激光发生源，实施为向激光头输出独立光路的激光器，
至少一条独立光路通过接入光路切换装置实现光路输出的聚能/直通；光路切换装置输出光路至所述激光头；
或，至少两条独立光路耦合聚能至一激光头，在并列的独立光路上设置光路切换装置以改变单条独立光路的方向形成单激光器与单激光头对应的直通输出；
光路切换装置包括：
透镜组，布置于任一独立光路上并通过镜面反射改变光路方向与另一独立光路合束。
2.根据权利要求1所述的一种激光光路柔性激光合能控制系统，其特征在于：光路切换装置包括：
直通连接器，接入单个激光器的独立光路并作为直通光路输出至对应的激光头上；
光线合束器，接入多个独立光路并耦合成合能光路后输出至任一激光头上。
3.根据权利要求1所述的一种激光光路柔性激光合能控制系统，其特征在于：所述光路切换装置包括：一光纤输入口及与之对应的一光纤输出口关联以形成出入对应的直通光路。
4.根据权利要求3所述的一种激光光路柔性激光合能控制系统，其特征在于：光纤输入口通过切换组件改变当前直通光路方向至其他直通光路并与之耦合成合能光路。
5.根据权利要求1所述的一种激光光路柔性激光合能控制系统，其特征在于：所述透镜组包括：活动布置在直通光路上的反射透镜组；光束从准直透镜组射入并从聚焦透镜组射出，在直通光路的原路径上及反射透镜组的反射路径上均布置聚焦透镜组。
6.根据权利要求5所述的一种激光光路柔性激光合能控制系统，其特征在于：所述反射透镜组采用的活动布置方式包括：定点翻转式、轨迹位移式。
7.根据权利要求6所述的一种激光光路柔性激光合能控制系统，其特征在于：定点翻转式反射透镜组包括：反射镜，及使反射镜转动至反射角度的转轴；反射镜绕转轴翻转至光路中产生光路偏转。
8.根据权利要求6所述的一种激光光路柔性激光合能控制系统，其特征在于：轨迹位移式反射透镜组包括：按反射角度布置的反射镜，及推拉反射镜的位移件；位移件推出反射镜至光路中产生光路偏转。
9.根据权利要求1所述的一种激光光路柔性激光合能控制系统，其特征在于：包括控制器，所述控制器控制所述光路切换装置产生光路输出的聚能/直通。
10.根据权利要求9所述的一种激光光路柔性激光合能控制系统，其特征在于：所述控制器包括手动控制模块和系统自动调整模块。
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