CN116944667A - 一种激光焦点对中机构及对中方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光焦点对中机构及对中方法，包括激光切割头，激光切割头包括矩形外壳、聚焦组件、镜片、铜嘴。还包括可与激光切割头配合的视觉传感组件和显示屏，激光切割头还包括设置在矩形外壳前侧的一号压电直线电机、设置在矩形外壳左侧的二号压电直线电机、设置在矩形外壳后侧的一号弹性组件以及设置在矩形外壳右侧的二号弹性组件，一号压电直线电机和一号弹性组件分别与聚焦组件的两侧相抵，二号压电直线电机和二号弹性组件分别与聚焦组件的另外两侧相抵，视觉传感器组件包括固定设置在外部设备上的固定座以及设置在固定座内的视觉传感器，固定座上端面设置有与铜嘴适配的开口。优点：有效的保证了调中的精度，提升了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光对中设备领域，具体为一种激光焦点对中机构及对中方法。
背景技术
因为激光切割头内部的聚焦镜片镀膜因为会受温度的影响，焦点会发生偏移。而这可能导致工件切面质量变差，出现严重的切面波纹以及沿不同方向的切面不一致等现象。因此，使用一段时间后，需要根据焦点相对铜嘴的中心位置调整聚焦镜片在安装平面的位置。
在此之前的研究中，Yoshihiro MORIMOTO等提出了一种可以控制聚焦透镜两个自由度的驱动制动器结构。结构包括一个两自由度弹性铰链导轨和两组相互面对的电磁铁，利用电磁致动的原理驱动镜架沿着导轨方向运动，从而实现平面内两自由度的运动。结构的定位精度能达到10微米，满足镜片的定位精度要求。然而，此种结构较为复杂，需要在多个方向布置位移传感器。并且，由于结构内部采用了电磁铁，不可避免的会因电磁铁发热而对镜片产生影响。目前，此项技术暂未在高端市场激光切割头中出现。
另外，还存在一种结构。调中螺钉+机体+聚焦镜腔+拉簧形式的手动聚焦镜腔调中方式最为常见。其原理是：调中螺钉固定在机体上，通过拧紧或者松开螺钉， 在拉簧的拉力下，聚焦镜腔可以实现前后左右移动，从而实现聚焦光束焦点在水平位置移动。调节时，操作员需要使用特定工具，调节左右螺钉的旋向。确认喷嘴位置光束是否在喷嘴中心，一般是操作员将胶带贴在喷嘴位置，然后通过点射激光后，观察胶带位置激光穿过的孔是否位于胶带中心位置的方法进行判定。存在的问题包括：
1、此种结构的调节并不直观，受个人操作水平影响比较大，工艺水平不同，调节效果不同。
2、手动调节，对切割效率影响比较大，正常操作工需要停机0.5—2h时间进行调中操作，调中完成后还需要打样确认，严重影响切割效率。
3、激光点射，尤其是万瓦，存在安全隐患，操作者不注意，激光很容易打到手，造成人员受伤。
4、肉眼观看，存在误差，调中精度不能保证。
5、切割过程中，在震动、加速度等影响下，调中螺钉容易产生转动，造成光偏，从而无法保证切割效果，或者烧毁喷嘴。
鉴于此，有必要提供一种激光焦点对中机构及对中方法。
发明内容
本发明提供的一种激光焦点对中机构及对中方法，有效的解决了现有激光切割头对中调节不便、精度低、安全性低等问题。
本发明所采用的技术方案是一种激光焦点对中机构，包括激光切割头，所述激光切割头包括矩形外壳、设置在矩形外壳内的聚焦组件、设置在聚焦组件下方的镜片、设置在矩形外壳下端的铜嘴。还包括可与激光切割头配合的视觉传感组件和显示屏，所述激光切割头还包括设置在矩形外壳前侧的一号压电直线电机、设置在矩形外壳左侧的二号压电直线电机、设置在矩形外壳后侧的一号弹性组件以及设置在矩形外壳右侧的二号弹性组件，所述一号压电直线电机和一号弹性组件分别与聚焦组件的两侧相抵，所述二号压电直线电机和二号弹性组件分别与聚焦组件的另外两侧相抵，所述视觉传感器组件包括固定设置在外部设备上的固定座以及设置在固定座内的视觉传感器，所述固定座上端面设置有与铜嘴适配的开口。
进一步的是：所述一号压电直线电机与二号压电直线电机结构相同，所述一号弹性组件和二号弹性组件结构相同。
进一步的是：所述矩形外壳上水平设置有螺孔以及与延伸方向连通的圆柱孔，所述一号弹性组件包括设置在与螺孔螺纹连接的螺柱、与圆柱槽孔滑动连接的套筒以及两端分别与螺柱和套筒相抵的弹簧。
进一步的是：所述套筒与螺柱相对一侧设置有圆柱槽，所述弹簧一端与螺柱相抵，弹簧另一端置于圆柱槽内。
进一步的是：所述套筒远离螺柱一侧设置有圆顶。
进一步的是：所述聚焦组件包括聚焦腔座以及周向镶嵌在聚焦腔座外壁四个不锈钢片，所述四个不锈钢片分别与一号压电直线电机、二号压电直线电机、一号弹性组件和二号弹性组件相抵。
进一步的是：所述聚焦腔座的上端面设置有一号环形凹槽，所述一号环形凹槽内设置有泛塞封。
进一步的是：所述矩形外壳下端内壁设置有螺纹压环，所述聚焦腔座的下端面设置有二号环形凹槽，所述二号环形凹槽内设置有环状乙烯垫片，所述矩形外壳上设置有螺纹压环，所述螺纹压环上端与环状乙烯垫片相抵。
进一步的是：包括如下步骤：
S1、在开机或者连续工作时间超过一段时间后，自动关掉激光，激光切割头自行运动至光斑焦点检测装置的上方，也即固定座的上方。
S2、通过位移传感器保证铜嘴与固定座的相对位置，使得铜嘴与固定座的检测口同心。
S3、随后，激光切割头下移至检测的工作位置。
S4、操作人员开启激光切割头的红光，调节光斑焦点位置，使得焦点位于视觉传感器芯片光敏面上。
S5、数据处理模块滤波、放大视觉传感器输出的电信号，得到光斑焦点在视觉传感器光敏面的位置坐标信息。
S6、由得到的光斑焦点位置信息，CNC系统预置的自动调节策略调节一号压电直线电机、二号压电直线电机驱动聚焦组件运动，使光斑焦点移动到视觉传感器光敏面确定的坐标系原点位置，自动调中结束，红光关闭。
S7、激光切割头移动至预定的切割轨迹位置后进入工作状态对板材进行切割。
发明的有益效果：在激光切割头整体结构不做大变动的前提下，增加了自动调中装置，有效的保证了调中的精度，提升了工作效率，因此有利于提升激光切割头产品的竞争力。
附图说明
图1为本申请的实施例所提供的激光焦点对中机构进行对中调试时的整体示意图。
图2为本申请的实施例所提供的激光焦点对中机构的一号压电直线电机、二号压电直线电机、一号弹性组件、二号弹性组件和聚焦组件的示意图。
图3为本申请的实施例所提供的激光焦点对中机构的一号弹性组件的示意图。
图4为本申请的实施例所提供的激光焦点对中机构进行对中调试时的正视图。
图5沿图4中A-A的剖视图。
图6为本申请的实施例所提供的激光焦点对中机构的矩形外壳一部与聚焦组件的示意图。
图7为沿图6B-B的剖视图。
图8为本申请的实施例所提供的激光焦点对中机构的视觉传感器光敏面的坐标系平面图。
图中标记为：1、矩形外壳；2、聚焦组件；4、铜嘴；5、显示屏；6、一号压电直线电机；7、二号压电直线电机；8、一号弹性组件；9、二号弹性组件；10、固定座；81、螺柱；82、套筒；83、弹簧；820、圆顶；21、聚焦腔座；22、不锈钢片；11、泛塞封；12、环状乙烯垫片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
如图1、图4和图5所示，本申请的实施例所提供的一种激光焦点对中机构，包括激光切割头，所述激光切割头包括矩形外壳1、设置在矩形外壳1内的聚焦组件2、设置在聚焦组件2下方的镜片、设置在矩形外壳1下端的铜嘴4。还包括可与激光切割头配合的视觉传感组件和显示屏5，所述激光切割头还包括设置在矩形外壳1前侧的一号压电直线电机6、设置在矩形外壳1左侧的二号压电直线电机7、设置在矩形外壳1后侧的一号弹性组件8以及设置在矩形外壳1右侧的二号弹性组件9，所述一号压电直线电机6和一号弹性组件8分别与聚焦组件2的两侧相抵，所述二号压电直线电机7和二号弹性组件9分别与聚焦组件2的另外两侧相抵，所述视觉传感器组件包括固定设置在外部设备上的固定座10以及设置在固定座10内的视觉传感器，所述固定座10上端面设置有与铜嘴4适配的开口。
需说明的是，视觉传感器的光敏面被划分为一个四象限的坐标系平面，使得光斑在坐标系平面上的位置可以被唯一确定。激光切割头包括最下方的铜嘴4。
实际工作时，铜嘴4通过开口插入固定座10中，插入深度为到铜嘴4台阶位置，激光器开启红光，上下移动焦点位置，保证下端视觉传感器感光芯片处于红光零焦所在的平面。视觉传感器芯片将把入射到其光敏面上的光强信号（可见光、红外辐射等）转换为按时序串行输出的电信号。数据处理模块对电信号进行滤波、放大等处理，得到光斑焦点位置相对于铜嘴4或固定座10的位置信息，并在显示屏5实时显示焦点光斑的坐标位置。而后，根据得到的位置信息，CNC系统自动调节一号压电直线电机6和二号压电直线电机7，使光斑焦点的位置移动到铜嘴4或固定座10的中心位置，并将此中心位置视为光斑焦点的原点位置。
如图8所示，光斑焦点的具体调节策略如下：将视觉传感器的光敏面被划分为一个四象限的坐标系平面，聚焦光斑在x轴正半轴位置时，一号压电直线电机6的滑杆推动聚焦镜腔向x轴负半轴方向运动，聚焦光斑往原点方向移动。聚焦光斑在x轴负半轴位置时，一号压电直线电机6的滑杆推动聚焦镜腔向x轴正半轴方向运动，光斑往原点方向移动。聚焦光斑在y轴负半轴位置时，二号压电直线电机7的滑杆推动聚焦镜腔向y轴正半轴方向运动，光斑往原点方向移动。聚焦光斑在y轴负半轴位置时，二号压电直线电机7的滑杆推动聚焦镜腔向y轴正半轴方向运动，光斑往原点方向移动。聚焦光斑在第1象限位置时，一号压电直线电机6和二号压电直线电机7推动聚焦镜腔向x、y轴负半轴方向运动，光斑往原点方向移动。（聚焦光斑在第2象限位置时，一号压电直线电机6推动聚焦镜腔向x轴正半轴方向运动，同时二号压电直线电机7推动聚焦镜腔向y轴负半轴方向运动，光斑往原点方向移动。聚焦光斑在第3象限位置时，一号压电直线电机6和二号压电直线电机7同时推动聚焦镜腔向x、y轴正半轴方向运动，光斑往原点方向移动。聚焦光斑在第4象限位置时，一号压电直线电机6推动聚焦镜腔向x轴负半轴方向运动，同时二号压电直线电机7推动聚焦镜腔向y轴正半轴方向运动，光斑往原点方向移动。
上述设计中，在激光切割头整体结构不做大变动的前提下，增加了自动调中装置，有效的保证了调中的精度提升了工作效率，因此有利于提升激光切割头产品的竞争力。
具体地：如图5所示，所述一号压电直线电机6与二号压电直线电机7结构相同，所述一号弹性组件8和二号弹性组件9结构相同。
实际使用时，通过一号压电直线电机6和二号压电直线电机7对聚焦组件2体进行水平作用，使得聚焦组件2相对一号弹性组件8或二号弹性组件9水平运动。
上述设计中，能够有效的节约成本。
具体地：如图2和图5所示，所述矩形外壳1上水平设置有螺孔以及与延伸方向连通的圆柱孔，所述一号弹性组件8包括设置在与螺孔螺纹连接的螺柱81、与圆柱槽孔滑动连接的套筒82以及两端分别与螺柱81和套筒82相抵的弹簧83。
实际使用时，螺柱81固定设置在螺孔上，当聚焦组件2与一号弹性组件8发生相对运动时，聚焦组件2与套筒82接触从而使得弹簧83发生形变。同理，二号弹性组件9的工作原理与一号弹性组件8的工作原理相同。
上述设计中，一号弹性组件8的结构设计能够有效的保证对聚焦组件2的缓冲以及定位。
具体地：如图5所示，所述套筒82与螺柱81相对一侧设置有圆柱槽，所述弹簧83一端与螺柱81相抵，弹簧83另一端置于圆柱槽内。
实际使用时，弹簧83一端始终位于圆柱槽内。弹簧83通过与圆柱槽的底部的相互作用实现形变。
上述设计中，圆柱槽的结构设计能够有效的保证对弹簧83的限位，防止弹簧83在形变过程中出现偏移。
具体地：如图3所示，所述套筒82远离螺柱81一侧设置有圆顶820。
实际使用时，套筒82的圆顶820直接与矩形外壳1的侧壁相抵。
上述设计汇总，将套筒82远离螺柱81一侧设置圆顶820，能够利用圆顶820的形状特性降低对矩形外壳1侧部的磨损。
具体地：如图2和图5所示，所述聚焦组件2包括聚焦腔座21以及周向镶嵌在聚焦腔座21外壁四个不锈钢片22，所述四个不锈钢片22分别与一号压电直线电机6、二号压电直线电机7、一号弹性组件8和二号弹性组件9相抵。
实际使用时，一号压电直线电机6、二号压电直线电机7、一号弹性组件8和二号弹性组件9分别与四个不锈钢片22接触。
上述设计中，四个不锈钢钢片的设置能够防止一号压电直线电机6、二号压电直线电机7、一号弹性组件8和二号弹性组件9对聚焦组件2的磨损。
具体地：如图6和图7所示，所述聚焦腔座21的上端面设置有一号环形凹槽，所述一号环形凹槽内设置有泛塞封11。
实际使用时，泛塞封11能够防止聚焦腔座21上下移动。
具体地：如图6和图7所示，所述矩形外壳1下端内壁设置有螺纹压环，所述聚焦腔座21的下端面设置有二号环形凹槽，所述二号环形凹槽内设置有环状乙烯垫片12，所述矩形外壳1上设置有螺纹压环，所述螺纹压环上端与环状乙烯垫片12相抵。
实际使用时，环状乙烯垫片12两端分别与矩形外壳和聚焦腔座21相抵。
上述设计中，环状乙烯垫片12的结构设计能够有效的防止聚焦腔座21的上下移动。
9、根据权利要求1所述的激光焦点对中机构，包括如下步骤：
S1、在开机或者连续工作时间超过一段时间后，自动关掉激光，激光切割头自行运动至光斑焦点检测装置的上方，也即固定座10的上方。
S2、通过位移传感器保证铜嘴4与固定座10的相对位置，使得铜嘴4与固定座10的检测口同心。
S3、随后，激光切割头下移至检测的工作位置；
S4、操作人员开启激光切割头的红光，调节光斑焦点位置，使得焦点位于视觉传感器芯片光敏面上。
S5、数据处理模块滤波、放大视觉传感器输出的电信号，得到光斑焦点在视觉传感器光敏面的位置坐标信息。
S6、由得到的光斑焦点位置信息，CNC系统预置的自动调节策略调节一号压电直线电机6、二号压电直线电机7驱动聚焦组件2运动，使光斑焦点移动到视觉传感器光敏面确定的坐标系原点位置，自动调中结束，红光关闭。
S7、激光切割头移动至预定的切割轨迹位置后进入工作状态对板材进行切割。
进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种激光焦点对中机构，包括激光切割头，所述激光切割头包括矩形外壳(1)、设置在矩形外壳(1)内的聚焦组件(2)、设置在聚焦组件(2)下方的镜片、设置在矩形外壳(1)下端的铜嘴(4)，其特征在于：还包括可与激光切割头配合的视觉传感组件和显示屏(5)，所述激光切割头还包括设置在矩形外壳(1)前侧的一号压电直线电机(6)、设置在矩形外壳(1)左侧的二号压电直线电机(7)、设置在矩形外壳(1)后侧的一号弹性组件(8)以及设置在矩形外壳(1)右侧的二号弹性组件(9)，所述一号压电直线电机(6)和一号弹性组件(8)分别与聚焦组件(2)的两侧相抵，所述二号压电直线电机(7)和二号弹性组件(9)分别与聚焦组件(2)的另外两侧相抵，所述视觉传感器组件包括固定设置在外部设备上的固定座(10)以及设置在固定座(10)内的视觉传感器，所述固定座(10)上端面设置有与铜嘴(4)适配的开口。
2.根据权利要求1所述的激光焦点对中机构，其特征在于：所述一号压电直线电机(6)与二号压电直线电机(7)结构相同，所述一号弹性组件(8)和二号弹性组件(9)结构相同。
3.根据权利要求2所述的激光焦点对中机构，其特征在于：所述矩形外壳(1)上水平设置有螺孔以及与延伸方向连通的圆柱孔，所述一号弹性组件(8)包括设置在与螺孔螺纹连接的螺柱(81)、与圆柱槽孔滑动连接的套筒(82)以及两端分别与螺柱(81)和套筒(82)相抵的弹簧(83)。
4.根据权利要求3所述的激光焦点对中机构，其特征在于：所述套筒(82)与螺柱(81)相对一侧设置有圆柱槽，所述弹簧(83)一端与螺柱(81)相抵，弹簧(83)另一端置于圆柱槽内。
5.根据权利要求4所述的激光焦点对中机构，其特征在于：所述套筒(82)远离螺柱(81)一侧设置有圆顶(820)。
6.根据权利要求5所述的激光焦点对中机构，其特征在于：所述聚焦组件(2)包括聚焦腔座(21)以及周向镶嵌在聚焦腔座(21)外壁四个不锈钢片(22)，所述四个不锈钢片(22)分别与一号压电直线电机(6)、二号压电直线电机(7)、一号弹性组件(8)和二号弹性组件(9)相抵。
7.根据权利要求6所述的激光焦点对中机构，其特征在于：所述聚焦腔座(21)的上端面设置有一号环形凹槽，所述一号环形凹槽内设置有泛塞封(11)。
8.根据权利要求7所述的激光焦点对中机构，其特征在于：所述矩形外壳(1)下端内壁设置有螺纹压环，所述聚焦腔座(21)的下端面设置有二号环形凹槽，所述二号环形凹槽内设置有环状乙烯垫片(12)，所述矩形外壳(1)上设置有螺纹压环，所述螺纹压环上端与环状乙烯垫片(12)相抵。
9.一种激光焦点对中方法，包括根据权利要求8所述的激光焦点对中机构，其特征在于：包括如下步骤：
S1、在开机或者连续工作时间超过一段时间后，自动关掉激光，激光切割头自行运动至光斑焦点检测装置的上方，也即固定座(10)的上方；
S2、通过位移传感器保证铜嘴(4)与固定座(10)的相对位置，使得铜嘴(4)与固定座(10)的检测口同心；
S3、随后，激光切割头下移至检测的工作位置；
S4、操作人员开启激光切割头的红光，调节光斑焦点位置，使得焦点位于视觉传感器芯片光敏面上；
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