CN116719158B - 一种自适应镜片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应镜片及激光切割方法，包括镜头本体，镜头本体内部中空，镜头本体外部一侧打磨有用于反射光线的镜面，且镜头本体相应镜面一侧的材质具有弹性；镜头本体内充有压力传递介质，改变镜头本体内的压力可改变镜面的凹凸幅度，使镜面在凹面、平面以及凸面这三种状态下切换。本发明，通过改变镜头本体内部的压强，改变镜面的凹幅，进而改变聚焦点至激光切割头的距离，使聚焦点始终落在工件的待加工位置处，聚焦点与待切的物体之间的误差较小，能够有效提高切割精度和切割质量。在激光切割头复位时，改变镜头本体内部的压强，使镜面为凸面，利用凸面具有发散的特性，反射的多束光线会散开，光束的能量密度就会大大降低，不会对工件造成损伤。
Description
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域，具体涉及一种自适应镜片。
背景技术
激光切割是指利用高能量密度的激光束加热工件，使工件局部温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。
通常激光在切割工件时，将激光切割头安装在机器手上，机器手带着激光切割头绕着工件转动，对工件进行切割。为了保证切割的精度、切割后工件的表面光滑度，对激光切割点的距离、位置有着严格的要求。但是，由于机器手在带动激光切割头运功的过程中不可避免的会产生一些距离上的误差（微米级的误差），这些误差传递至激光切割头上后，会导致激光的聚焦点与待切的物体之间产生误差，致使待切物体的切缝变大（激光聚焦点的两侧光束呈锥形，因此切缝会变大），精度降低。
并且，机器手在带动激光切割头围绕工件转动一定后需要回转复位，由于复位的速度很快通常激光切割头不会关闭激光，但发出的激光容易误伤工件，进而进一步降低加工的质量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种能够降低激光的聚焦点与工件加工表面距离上的误差，并且能够避免激光误伤工件的一种自适应镜片及激光切割方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种自适应镜片，包括镜头本体，所述镜头本体内部中空，镜头本体外部一侧打磨有用于反射光线的镜面，且所述镜头本体相应镜面一侧的材质具有弹性；
所述镜头本体内充有压力传递介质，改变镜头本体内的压力可改变所述镜面的凹凸幅度，使所述镜面在凹面、平面以及凸面这三种状态下切换。
进一步地，所述压力传递介质为液体介质。
进一步地，初始状态下，所述镜面的一侧为凹面。
进一步地，所述镜头本体内部相应所述镜面的位置处向上隆起有凸包，且所述凸包的轮廓形状与所述镜面的轮廓形状相同，并一体制成。
进一步地，所述镜面的四周为连续的弧线且具有倒角，所述镜头本体内部的凸包与所述镜头本体内壁之间具有圆角。
进一步地，所述镜头本体的顶部盖设有顶盖，所述顶盖上连接有与所述镜头本体内部连通的连接嘴，所述顶盖的顶部还安装有散热板。
进一步地，所述镜面上镀有金膜。
一种激光切割方法，包括如上述的自适应镜片，所述方法如下：
将多束光线打在内凹的镜面上，镜面将多束光线反射并汇集到一个聚焦点，利用该聚焦点对工件进行切割；
利用激光测距设备实时测量工件到激光切割头之间的距离，并将该距离与聚焦点至激光切割头的距离进行比对，若不一致则改变镜头本体内部的压强，改变镜面的凹幅，直至工件到激光切割头之间的距离与聚焦点至激光切割头的距离相等；
在激光切割头复位时，改变镜头本体内部的压强，使镜面为凸面，将多束光线会发散开来，直至复位动作结束。
本发明的有益效果体现在：
本发明，通过改变镜头本体内部的压强，改变镜面的凹幅，进而改变聚焦点至激光切割头的距离，使光线的聚焦点始终落在工件的待加工位置处，聚焦点与待切的物体之间的误差较小，能够有效提高切割精度和切割质量。当机器手在带动激光切割头复位时，此时改变镜头本体内部的压强，使镜面为凸面，利用凸面具有发散的特性，反射的多束光线会散开，不会聚焦，如此一来，光束的能量密度就会大大降低，不会对工件造成损伤。
附图说明
图1为本发明所述的自适应镜片的爆炸视图；
图2为本发明所述的自适应镜片中的镜面的位置视图；
图3为本发明所述的自适应镜片的半剖视图。
附图标记说明：
1-镜头本体，11-镜面，12-凸包，2-顶盖，21-连接嘴，3-散热板。
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。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，该“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。
其中“多”指两个以上。
参见图1至图3。
本发明提供了一种自适应镜片，包括镜头本体1，该镜头本体1内部中空，镜头本体1外部一侧打磨有用于反射光线的镜面11，该镜头本体1相应镜面11的一侧厚度小于镜头本体1的其余位置的壁厚，且该镜头本体1相应镜面11一侧的材质具有弹性；
该镜头本体1内充有压力传递介质，通过控制镜头本体1内的压力可改变镜面11的凹凸程度。
其中，该压力传递介质可选用气体、液体等作为介质。其中液体介质为最佳，液体在作为压力传递介质使用的同时还能够为镜头降温，减少了后续为镜头降温的相关措施，精简激光切割头的整体结构。可选用水作为液体介质使用。
具体实施中，本申请配合激光测距设备一同使用，由于测距设备为本领域技术人员的公知常识，故此处不做过多赘述；例如可采用公开号为CN101422848A，名称为一种应用于激光切割加工的测距对焦方法中的测距方法进行测距。在工作前，需要根据多次常规试验取得镜头本体1内部的压强与镜面11的聚焦点之间的参数关系，以便调整镜头本体1内部的压强来改变聚焦点至激光切割头的距离。在工作时，多束光线打在呈凹面的镜面11上，凹面的镜面11将多束光线反射汇集到一个聚焦点对工件进行切割；在机器手在带动激光切割头运功的过程中，测距设备实时测量工件到激光切割头之间的距离，并将距离信息传递至控制处理器中，当测得的距离与聚焦点至激光切割头的距离不一致时，控制处理器改变镜头本体1内部的压强，改变镜面11的凹幅，进而改变聚焦点至激光切割头的距离，使光线的聚焦点始终落在工件的待加工位置处，聚焦点与待切的物体之间的误差较小，能够有效提高切割精度和切割质量。当机器手在带动激光切割头复位时，此时改变镜头本体1内部的压强，使镜面11为凸面，利用凸面具有发散的特性，反射的多束光线会散开，不会聚焦，如此一来，光束的能量密度就会大大降低，不会对工件造成损伤。
由于，通过何种手段改变镜头本体1内部的压强为本领域技术人员的公知常识，例如可采用现有技术中最常见的，通过控制进入镜头本体1内部的压力传递介质的体积或压力即可实现。
在一实施例中，初始状态下，镜面11的一侧为凹面。这样设计，由于镜头本体相应镜面一侧的材质具有弹性，凹面的设计在镜头本体内部的压强减小时，镜面能够快速的复位响应，可使镜面快速的在凹、平、凸这三个状态间来回切换。
优选的，该镜头本体1整体采用具有弹性形变能力的材质制成，镜头本体1的侧壁中开设有至少一个密封的空腔，该空腔相应镜头本体1内部的一侧的腔壁薄于镜头本体1相应镜面11一侧的厚度。这样设计，压力传递介质进入镜头本体1内之后，首先会挤压该密封的空腔，之后在改变镜面11的凹凸程度；由于镜面11的幅度变化有时会很微小，空腔的设置能够放大这种微小变化所对应的进入镜头本体1内的压力传递介质的体积，降低对压力传递介质输入端的输入精度的要求。
在一实施例中，镜头本体1内部相应镜面11的位置处向上隆起有凸包12，且该凸包12的轮廓形状与镜面11的轮廓形状相同，且一体制成。这样设计，隆起的凸包能够辅助镜面更快速的复位响应，使其能够在重复多次且大幅的弹性形变过程中依然能够精准复位，避免塑性形变的产生，提高镜面的疲劳性，提高使用寿命。
具体实施中，该镜头本体1整体采用锻打无氧铜制成。
在一实施例中，镜面11的四周为连续的弧线且具有倒角，镜头本体1内部的凸包12与镜头本体1内壁之间具有圆角。这样设计，能够避免应力集中，避免镜面在产生形变时在其表面引起不均匀的形变。
在一实施例中，镜头本体1的顶部盖设有顶盖2，顶盖2上连接有与镜头本体1内部连通的连接嘴21，顶盖2的顶部还可拆卸安装有散热板3。这样设计，在压力传递介质采用气体时，由于气体的散热效果不如液体好，因此通过加设的散热板能够进一步帮助镜头本体进行散热。
需要注意，本申请中连接嘴21为一个或两个皆可，本申请仅展示出了一个，一个连接嘴21时，该连接嘴21即为镜头本体1的进口也为镜头本体1的出口，当从连接嘴21连接端的压力低于镜头本体1内部的压力时，位于镜头本体1内部的压力传递介质从连接嘴21排出镜头本体1。由于具体的输入输出的结构以及连接方式为本领域技术人员的公知常识，属于常用技术手段，故此处不做详细说明。
在一实施例中，镜面11上镀有金膜。这样设计，由于黄金在具有高反射率的同时，还兼具较好的形变能力，若镀其他种类的膜，在镜面凹凸形变时，膜会被撕裂，容易产生裂痕，严重影响使用。
本发明还公开的一种激光切割方法，包括上述的自适应镜片，该方法具体如下：
将多束光线打在内凹的镜面11上，镜面11将多束光线反射并汇集到一个聚焦点，利用该聚焦点对工件进行切割；
利用激光测距设备实时测量工件到激光切割头之间的距离，并将该距离与聚焦点至激光切割头的距离进行比对，若不一致则改变镜头本体1内部的压强，改变镜面11的凹幅，直至工件到激光切割头之间的距离与聚焦点至激光切割头的距离相等；
在激光切割头复位时，改变镜头本体1内部的压强，使镜面11为凸面，将多束光线会发散开来，直至复位动作结束。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种自适应镜片，其特征在于：包括镜头本体(1)，所述镜头本体(1)内部中空，镜头本体(1)外部一侧打磨有用于反射光线的镜面(11)，且所述镜头本体(1)相应镜面(11)一侧的材质具有弹性；
所述镜头本体(1)内充有压力传递介质，改变镜头本体(1)内的压力可改变所述镜面(11)的凹凸幅度，使所述镜面(11)在凹面、平面以及凸面这三种状态下切换；
初始状态下，所述镜面(11)的一侧为凹面；
所述镜头本体(1)内部相应所述镜面(11)的位置处向上隆起有凸包(12)，且所述凸包(12)的轮廓形状与所述镜面(11)的轮廓形状相同，并一体制成；
该镜头本体(1)整体采用具有弹性形变能力的材质制成，镜头本体(1)的侧壁中开设有至少一个密封的空腔，该空腔相应镜头本体(1)内部的一侧的腔壁薄于镜头本体(1)相应镜面(11)一侧的厚度；
所述镜面(11)的四周为连续的弧线且具有倒角，所述镜头本体(1)内部的凸包(12)与所述镜头本体(1)内壁之间具有圆角。
2.如权利要求1所述的自适应镜片，其特征在于：所述压力传递介质为液体介质。
3.如权利要求1或2所述的自适应镜片，其特征在于：所述镜头本体(1)的顶部盖设有顶盖(2)，所述顶盖(2)上连接有与所述镜头本体(1)内部连通的连接嘴(21)，所述顶盖(2)的顶部还安装有散热板(3)。
4.如权利要求1或2所述的自适应镜片，其特征在于：所述镜面(11)上镀有金膜。
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