CN114951972A - 光路系统和激光切割机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光路系统和激光切割机，其中光路系统包括激光组件、合束结构以及视觉检测组件。所述激光组件包括沿激光光路的传播方向依次设置的振镜和场镜，所述合束结构设于所述振镜的入光侧，所述合束结构包括合束镜，所述合束镜具有相对设置的透光面和反射面，所述合束镜的反射面朝向所述振镜设置，所述视觉检测组件的检测窗口朝向所述合束镜的反射面设置，所述视觉检测组件的检测光路和处于所述合束结构与所述场镜之间的所述激光光路重合。本发明技术方案旨在提升激光切割设备的检测精度，进而提升激光加工精度。

Description

光路系统和激光切割机

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种光路系统和激光切割机。

背景技术

激光光路设计是激光切割设备中的重点和难点，激光信号经由激光器射出后依次经过扩束、反射、聚焦等一系列处理后，最终形成用于切割工件的激光束，并投射至工件表面，以实现对工件的切割加工。其中，激光光路中，振镜在驱动机构的驱动下以预设频率、预设角度反复振动，以将激光光路形成预设宽度并投射至场镜，场镜将振镜预设宽度的光线偏折形成平行光线射出。视觉检测组件的检测光轴与场镜的中轴线呈平行设置，若激光光路中的振镜和视觉检测组件中的其中一个的位置发生偏移，就会导致检测不准确，从而影响了激光切割设备加工的准确性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种光路系统，旨在提升激光切割设备的检测精度，进而提升激光加工精度。

为实现上述目的，本发明提出的光路系统，包括：

激光组件，所述激光组件包括沿激光光路的传播方向依次设置的振镜和场镜；

合束结构，所述合束结构设于所述振镜的入光侧，所述合束结构包括合束镜，所述合束镜具有相对设置的透光面和反射面，所述合束镜的反射面朝向所述振镜设置；

视觉检测组件，所述视觉检测组件的检测窗口朝向所述合束镜的反射面设置，所述视觉检测组件的检测光路和处于所述合束结构与所述场镜之间的所述激光光路重合。

在本发明的一实施例中，所述合束结构还包括：

合束镜固定板，所述合束镜固定于所述合束镜固定板；和

合束镜座，所述合束镜座内部形成有安装空间，所述合束镜固定板设于所述安装空间内，所述合束镜座还设有相对设置第一激光入射口和第一激光出射口，所述第一激光出射口靠近所述振镜设置，激光光路自所述第一激光入射口进入所述安装空间，并穿过所述透光面经由所述第一激光出射口射出；

所述合束镜座还设有检测光路过口，所述检测光路自所述第一激光出射口进入所述安装空间，并经过所述反射面反射后经由所检测光路过口射向所述检测窗口。

在本发明的一实施例中，所述合束镜的透光面与所述合束镜座上的所述第一激光出射口中轴线之间夹角为45度；

所述视觉检测组件与所述合束镜座连接，所述视觉检测组件的所述检测窗口和所述检测光路过口连通。

在本发明的一实施例中，所述检测光路过口的中轴线与所述第一激光入射口的中轴线之间的夹角为直角。

在本发明的一实施例中，所述激光组件还包括激光器、扩束镜以及至少一个反射结构，所述激光器、所述扩束镜、所述反射结构以及所述合束结构分别沿激光光路的传播方向依次设置。

在本发明的一实施例中，所述反射结构包括反射镜和反射镜座，所述反射镜固定在所述反射镜座内，所述反射镜座设有进光口和出光口，激光光路自所述进光口进入所述反射镜座内部，并经过所述反射镜反射后经所述出光口射出。

在本发明的一实施例中，所述反射结构的数量为多个，多个所述反射结构沿激光光路的传播方向依次设置，相邻的两个所述反射镜不在同一平面上；相邻的两所述反射镜座之间设有密封管，所述密封管的两端分别密封连接两所述反射镜座中的相对设置的所述进光口和所述出光口。

在本发明的一实施例中，邻近所述合束结构的反射结构、所述合束结构、所述振镜和以及所述场镜均设于同一升降机构上。

在本发明的一实施例中，所述视觉检测组件，所述视觉检测组件包括视觉检测器和安装座；

所述视觉检测器设置在所述安装座顶部上，所述安装座底部固定于所述合束结构的顶部。

本发明还提供一种激光切割机，所述激光切割机包括如上所述中任意一项的光路系统。

本发明技术方案提供的光路系统包括激光组件、合束结构以及视觉检测组件。其中，激光组件包括沿激光光路的传播方向依次设置的振镜和场镜；合束结构设于振镜的入光侧，合束结构包括合束镜，合束镜具有相对设置的透光面和反射面，合束镜的反射面朝向振镜设置；视觉检测组件的检测窗口朝向合束镜的反射面设置，视觉检测组件的检测光路和处于合束结构和场镜之间的激光光路重合。加工时，激光光路依次经过振镜和场镜处理后射向被加工的工件；同时，被加工的工件表面的光线依次被场镜、振镜、合束镜的反射后到达视觉检测组件，以形成检测图像。本发明的技术方案的中，通过设置合束镜，使检测光路和激光光路在合束镜与振镜、振镜与场镜之间的光路重合，即激光光路的加工点与视觉检测组件的检测点始终是同一个点，不会造成因激光光路的加工点和视觉检测组件的检测点不同而导致的检测的不精确的问题。同时，由于激光光路和检测光路在合束镜至振镜之间重合，无论振镜和视觉检测组件中的其中一个的位置发生偏移，均不需要对视觉检测组件、振镜的位置进行反复调试，极大地提升了激光切割设备加调试的方便性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明中光路系统一实施例的结构示意图；

图2为本发明中光路系统另一实施例的结构示意图；

图3为本发明中光路系统又一实施例的结构示意图；

图4为本发明中视觉检测组件的结构示意图；

图5为本发明中合束结构的截面示意图；

图6为本发明中振镜的结构示意图；

图7为本发明中反射结构的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种光路系统100。

图1为本发明中光路系统一实施例的结构示意图；图2为本发明中光路系统另一实施例的结构示意图；图3为本发明中光路系统又一实施例的结构示意图；图4为本发明中视觉检测组件的结构示意图；图5为本发明中合束结构的截面示意图；图6为本发明中振镜的结构示意图；图7为本发明中反射结构的结构示意图；

在本发明实施例中，如图2、图4、图5以及图6所示，该光路系统100包括激光组件10、合束结构30以及视觉检测组件50，所述激光组件10包括沿激光光路的传播方向依次设置的振镜11和场镜13；所述合束结构30设于所述振镜11的入光侧，所述合束结构30包括所述合束镜35，所述合束镜35具有相对设置的透光面351和反射面353，所述合束镜35的反射面353朝向所述振镜11设置；所述视觉检测组件50的检测窗口531朝向所述合束镜35的反射面353设置，所述视觉检测组件50的检测光路和处于所述合束结构30与所述场镜13之间的所述激光光路重合。

本发明技术方案提供的光路系统100包括激光组件10、合束结构30以及视觉检测组件50，其中，激光组件10包括沿激光光路的传播方向依次设置的振镜11和场镜13；合束结构30设于振镜11的入光侧，合束结构30包括合束镜35，合束镜35具有相对设置的透光面351和反射面353，合束镜35的反射面353朝向振镜11设置；视觉检测组件50的检测窗口531朝向合束镜35的反射面353设置，视觉检测组件50的检测光路和处于合束结构30和场镜13之间的激光光路重合。加工时，激光光路依次经过振镜11和场镜13处理后射向被加工的工件；同时，被加工的工件表面的光线依次被场镜13、振镜11、合束镜35的反射后到达视觉检测组件50，以形成检测图像。本发明的技术方案的中，通过设置合束镜35，使检测光路和激光光路在合束镜35与振镜11、振镜11与场镜13之间的光路重合，即激光光路的加工点与视觉检测组件50的检测点始终是同一个点，不会造成因激光光路的加工点和视觉检测组件50的检测点不同而导致的检测的不精确的问题。同时，由于激光光路和检测光路在合束镜35至振镜11之间重合，无论振镜11和视觉检测组件50中的其中一个的位置发生偏移，均不需要对视觉检测组件50、振镜11的位置进行反复调试，极大地提升了激光切割设备加调试的方便性。

进一步地，所述激光组件10包括激光器射出的激光光至到被加工工件之间光路上所经过的结构。振镜11连接马达(未标示)，通过马达驱动振镜在预设角度范围内往复摆动，以实现对激光的处理。其中，振镜11的数量可以是多个，通过设置有多个振镜11，以使得激光组件10达到预设的加工要求。场镜13包括至少一块凸镜组成，场镜13用于对经过振镜处理后的激光光路进行聚焦处理，可以有效减小振镜11改变激光的幅度，扩大激光加工的范围。

进一步地，视觉检测组件50用于观测激光切割被加工工件时的状态，具体可以检测激光加工位置是否准确。视觉检测组件50可检测到原始设定的检测点，正常情况下视觉检测组件50可检测到的检测点应与激光加工的加工点重合，但若由于激光加工过程中，振镜11和视觉检测组件50中的其中一个的位置发生偏移，将会导致检测不准确。

所以本技术方案通过设置合束结构30使视觉检测组件50与振镜11的相对位置不变，进而使视觉检测组件50检测激光加工的加工点的检测光路与处于所述合束结构30和所述场镜13之间的所述激光光路重合。

在本发明实施例中，如图2、图5和图6所示，所述合束结构30还包括：合束镜固定板33和合束镜座31，所述合束镜35固定于所述合束镜固定板33，所述合束镜座31内部形成有安装空间，合束镜固定板33设于所述安装空间内，所述合束镜座31还设有相对设置第一激光入射口311和第一激光出射口313，所述第一激光出射口313靠近所述振镜11设置，激光光路自所述第一激光入射口311进入所述安装空间，并穿过所述透光面351经由所述第一激光出射口313射出；所述合束镜座31还设有检测光路过口315，所述检测光路自所述第一激光出射口313进入所述安装空间，并经过所述反射面353反射后经由所检测光路过口315射向所述检测窗口531。

进一步地，合束镜固定板33上开设一通孔用于容置合束镜35，合束镜座31内部的所述安装空间为安装槽，且在合束镜座31的侧壁开设一插口便于合束镜固定板33的安装与拆卸。

进一步地，激光由第一激光入射口311射入合束结构30，透过所述合束镜35的透光面351之后并不会改变激光的方向，然后由第一激光出射口313射出。

进一步地，振镜11还包括第二激光入射口51和第二激光出射口52，第一激光出射口313与第二激光入射口51相连，第一激光出射口313射出的激光由第二激光入射口51射入振镜11，经振镜11反射后由第二激光出射口52射出到场镜13上，最后通过成场镜13聚焦到被加工工件的加工点上。

在本发明实施例中，如图5所示，所述合束镜35的透光面351与所述合束镜座31上的第一激光出射口313中轴线之间夹角为45度。

所述视觉检测组件50与所述合束镜座31连接，且所述视觉检测组件50的检测窗口531与所述检测光路过口315连通。

进一步地，可以通过调整合束镜35的透光面351与第一激光出射口313中轴线的夹角角度，以改变视觉检测器51的安装位置，使视觉检测器51的安装位置更加灵活，便于优化利用空间。

在本发明实施例中，如图5所示，所述检测光路过口315的中轴线与所述第一激光入射口311的中轴线之间夹角为直角。

可以理解的是，当所述合束镜35的透光面351与所述合束镜座31上的第一激光出射口313中轴线之间夹角为45度时，所述检测光路过口315的中轴线与所述第一激光入射口311的中轴线之间夹角必定为直角；而当调整合束镜35的透光面351与第一激光出射口313中轴线的夹角角度之后，所述检测光路过口315的中轴线与所述第一激光入射口311的中轴线之间夹角可以为多种角度，例如135度或45度等。

优选地，当所述检测光路过口315的中轴线与所述第一激光入射口311的中轴线之间夹角为直角时，激光光路最规整，调整起来也最方便。

在本发明实施例中，如图2所示，所述激光组件10还包括激光器、扩束镜15以及至少一个反射结构17，所述激光器、所述扩束镜15、所述反射结构17以及所述合束结构30分别沿激光光路的传播方向依次设置。

进一步地，所述扩束镜15设于所述激光器前，用于扩展激光束的直径并且减小激光束的发散角，进而通过场镜13使扩束后的激光束被聚焦的更小。

在本发明实施例中，所述反射结构17包括反射镜和反射镜座，所述反射镜固定在所述反射镜座内，所述反射镜座设有进光口171和出光口173，激光光路自所述进光口171进入所述反射镜座内部，并经过所述反射镜反射后经所述出光口173射出。

在本发明实施例中，如图2所示，所述反射结构17的数量为多个，多个所述反射结构17沿激光光路的传播方向依次设置，相邻的两个所述反射镜不在同一平面上；相邻的两所述反射镜座之间设有密封管175，所述密封管175的两端分别密封连接两所述反射镜座中的相对设置的所述进光口171和所述出光口173。

在本发明实施例中，如图2所示，邻近所述合束结构30的反射结构17、所述合束结构30、所述振镜11和以及所述场镜13均设于同一升降机构200上。

进一步地，所述升降机构200包括机架、固定架、升降轴以及安装板，所述固定架固定于所述机架侧面，所述固定架使所述升降轴竖直方向升降；所述安装板具有相对设置的第一面和第二面，所述安装板的第一面与所述升降轴连接固定。

进一步地，如图2所示，从所述扩束镜15射出的激光经过一个所述反射结构17反射后使激光方向垂直与安装板，而后又经过一个所述反射结构17反射后使激光方向平行于安装板且竖直向下，最后再经过一个所述反射结构17反射后使激光射入所述合束结构30的所述第一激光入射口311。

进一步地，所述安装板与所述机架之间通过直线机构连接，用以限制所述升降机构200的升降行程。直线机构可以是气缸、直线模组等。

在本发明实施例中，如图3和图4所示，所述视觉检测组件50包括视觉检测器51和安装座53；所述视觉检测器51设置在所述安装座53顶部上，所述安装座53固定于所述合束结构30的顶部。

进一步地，视觉检测组件50的视觉检测器51可以是CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)，CCD中包括芯片和摄像机或照相机等，其中，摄像机或照相机用于对工件拍照以对被打标工件进行拍照，通过采集被加工工件的图像以获取激光打标头与被加工图像之间的相对位置关系。

本发明还提出一种激光切割机300，如图1所示，该激光切割机300包括工作台(未图示)和光路系统100，该光路系统100的具体结构参照上述实施例，由于本激光切割机300采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

其中，所述升降机构200设于所述工作台上方，实现了最临近合束结构30的反射结构17、合束镜座31、视觉检测组件50以及振镜11在竖直方向上的同步升降运动。在保证激光光路稳定的前提下，增大了激光切割机300竖直方向上的行程，提高了激光切割机300的适用性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光路系统，其特征在于，包括：

激光组件，所述激光组件包括沿激光光路的传播方向依次设置的振镜和场镜；

合束结构，所述合束结构设于所述振镜的入光侧，所述合束结构包括合束镜，所述合束镜具有相对设置的透光面和反射面，所述合束镜的反射面朝向所述振镜设置；

视觉检测组件，所述视觉检测组件的检测窗口朝向所述合束镜的反射面设置，所述视觉检测组件的检测光路和处于所述合束结构与所述场镜之间的所述激光光路重合。

2.如权利要求1所述的光路系统，其特征在于，所述合束结构还包括：

合束镜固定板，所述合束镜固定于所述合束镜固定板；和

合束镜座，所述合束镜座内部形成有安装空间，所述合束镜固定板设于所述安装空间内，所述合束镜座还设有相对设置第一激光入射口和第一激光出射口，所述第一激光出射口靠近所述振镜设置，激光光路自所述第一激光入射口进入所述安装空间，并穿过所述透光面经由所述第一激光出射口射出；

所述合束镜座还设有检测光路过口，所述检测光路自所述第一激光出射口进入所述安装空间，并经过所述反射面反射后经由所检测光路过口射向所述检测窗口。

3.如权利要求2所述的光路系统，其特征在于，所述合束镜的透光面与所述合束镜座上的所述第一激光出射口中轴线之间夹角为45度；

所述视觉检测组件与所述合束镜座连接，所述视觉检测组件的所述检测窗口和所述检测光路过口连通。

4.如权利要求3所述的光路系统，其特征在于，所述检测光路过口的中轴线与所述第一激光入射口的中轴线之间的夹角为直角。

5.如权利要求1所述的光路系统，其特征在于，所述激光组件还包括激光器、扩束镜以及至少一个反射结构，所述激光器、所述扩束镜、所述反射结构以及所述合束结构分别沿激光光路的传播方向依次设置。

6.如权利要求5所述的光路系统，其特征在于，所述反射结构包括反射镜和反射镜座，所述反射镜固定在所述反射镜座内，所述反射镜座设有进光口和出光口，激光光路自所述进光口进入所述反射镜座内部，并经过所述反射镜反射后经所述出光口射出。

7.如权利要求6所述的光路系统，其特征在于，所述反射结构的数量为多个，多个所述反射结构沿激光光路的传播方向依次设置，相邻的两个所述反射镜不在同一平面上；

相邻的两所述反射镜座之间设有密封管，所述密封管的两端分别密封连接两所述反射镜座中的相对设置的所述进光口和所述出光口。

8.如权利要求7所述的光路系统，其特征在于，邻近所述合束结构的反射结构、所述合束结构、所述振镜和以及所述场镜均设于同一升降机构上。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的光路系统，其特征在于，所述视觉检测组件包括视觉检测器和安装座；

所述视觉检测器设置在所述安装座顶部上，所述安装座固定于所述合束结构的顶部。

10.一种激光切割机，其特征在于，所述激光切割机包括如权利要求1至9中任意一项所述的光路系统。

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