CN117718603A - 一种可调焦切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调焦切割装置，包括：激光器切割器壳体，顶端设置有激光器光纤入口，底端设置有喷嘴；气体输送系统，用于向激光器切割器壳体内部输送切割用气体；调高装置，与激光器切割器壳体的侧壁相连接，所述调高装置具有检测部以及升降部；光学镜片组件，设置在激光器切割器壳体内部；动态调焦机构，设置在激光器切割器壳体内部；所述调高装置用于对喷嘴与工件之间间距实时检测并控制喷嘴与工件之间间距不变，以使动态调焦机构在对激光聚焦焦点位置进行调节时的实际激光聚焦焦点与理想激光聚焦焦点相吻合。本发明能够根据工件的加工需要，将激光聚焦焦点调整至所需的位置，保证了工件的切割质量或切割速度。

Description

一种可调焦切割装置

技术领域

本发明涉及切割装置技术领域，具体涉及一种可调焦切割装置。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然构成现有技术。

火焰切割、等离子切割存在切割精度低、效率低，无法穿小孔的情况。需要人工干预，无法实现智能切割。在薄板金属材料切割领域，激光切割技术凭借其高能量密度的激光束作为热源，可以以极快的切割速度对薄板金属材料进行切割，且切割质量好、割缝宽度小、切割精度高、热影响区小，因此在薄板金属材料甚至中等厚度(20mm左右)的金属材料切割方面占据绝对的优势。

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。

激光切割装置发射的激光通过镜片组件后进行聚焦，该聚焦后的焦点会下落至待切割工件的表面，焦点落至待切割工件上的位置不同，所能够达到的切割效果不同。然而现有的激光切割装置对激光的调焦仅通过调节镜片组件进行，工件的表面往往存在凸起和凹陷的部位，激光切割装置又无法监测到焦点的具体位置，倘若仍按照设定程序进行调焦，所调的焦点会因工件的不平整而偏离原位置，影响工件的质量。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的激光切割装置对激光的调焦仅通过调节镜片组件进行，所调的焦点会因工件的不平整而偏离原位置的缺陷，从而提供一种可调焦切割装置。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种可调焦切割装置，包括：

激光器切割器壳体，所述激光器切割器壳体的顶端设置有激光器光纤入口，所述激光器切割器壳体的底端设置有喷嘴；

气体输送系统，用于向激光器切割器壳体内部输送切割用气体；

调高装置，与所述激光器切割器壳体的侧壁相连接，所述调高装置具有用于检测喷嘴与工件之间间距的检测部以及用于带动激光器切割器壳体及喷嘴进行升降的升降部；

光学镜片组件，设置在激光器切割器壳体内部，用于将输入激光器切割器壳体内部的激光聚焦；

动态调焦机构，设置在激光器切割器壳体内部，用于对光学镜片组件进行间距调节以对激光聚焦焦点位置进行调节；所述调高装置用于对喷嘴与工件之间间距实时检测并控制喷嘴与工件之间间距不变，以使所述动态调焦机构在对激光聚焦焦点位置进行调节时的实际激光聚焦焦点与理想激光聚焦焦点相吻合，进而对离焦量大小进行控制。

进一步优化技术方案，所述可调焦切割装置具有正离焦模式和负离焦模式；所述动态调焦机构控制激光聚焦焦点位于工件上方，以使可调焦切割装置处于正离焦模式；所述动态调焦机构控制激光聚焦焦点位于工件下方，以使可调焦切割装置处于负离焦模式。

进一步优化技术方案，所述可调焦切割装置的正离焦模式和负离焦模式基于工件的切割效果进行选择，所述工件的切割效果包括工件的断面质量和工件的切割速率；

所述可调焦切割装置处于正离焦模式时，工件的断面质量提高；

所述调焦切割装置处于负离焦模式时，工件的切割速率提高。

进一步优化技术方案，所述激光器切割器壳体上开设有调高装置盛放腔和光学镜片组件盛放腔，所述调高装置竖向放置在调高装置盛放腔内，所述光学镜片组件盛放腔由上至下依次设置为准直镜盛放腔、聚焦镜盛放腔和保护镜盛放腔；

所述光学镜片组件包括准直镜组、聚焦镜组和保护镜组，所述聚焦镜组设置在聚焦镜盛放腔内部，所述保护镜组设置在保护镜盛放腔内部。

进一步优化技术方案，所述动态调焦机构包括：

丝杠，所述丝杠转动设置在激光器切割器壳体上；

驱动组件，所述驱动组件与丝杠连接并用于驱动丝杠转动；

导轨滑块，所述导轨滑块与丝杠螺纹配装，且所述导轨滑块滑动配装于激光器切割器壳体的导轨上；

准直镜安装座，所述准直镜安装座与导轨滑块连接，所述准直镜安装座设置在准直镜盛放腔内，且所述准直镜安装座在竖向方向上与准直镜盛放腔具有间距。

进一步优化技术方案，所述动态调焦机构通过调节准直镜组，来对激光聚焦焦点位置进行调节；

或所述动态调焦机构通过调节聚焦镜组，来对激光聚焦焦点位置进行调节；

或所述动态调焦机构通过调节聚焦镜组和准直镜组，来对激光聚焦焦点位置进行调节。

进一步优化技术方案，所述准直镜组调节位于与焦点形成位置比为1：10－14；

和/或所述聚焦镜组调节位移与焦点形成位置比为1：1。

一步优化技术方案，所述调高装置包括：

调高架体，所述调高架体与激光器切割器壳体滑动连接；

探板，所述探板延伸设置于调高架体的底端并设置于喷嘴的上方，所述探板上开设有适于使得喷嘴喷出的激光通过的通孔；

至少一对触针，每两个所述触针对称设置于探板的底端；所述触针适于在下探时与工件表面接触并将检测信息反馈至升降控制系统；

升降机构，所述升降机构的伸缩端与探板连接，所述升降机构的受控端连接于升降控制系统的输出端；

激光器切割器壳体升降机构，所述激光器切割器壳体升降机构的伸缩端与激光器切割器壳体连接，所述激光器切割器壳体升降机构的受控端连接于升降控制系统的输出端；

升降控制系统，所述升降控制系统用于控制升降机构按照设定的间隔时间带动触针下探，以检测工件表面的平整度，进而控制激光器切割器壳体升降机构的运行方式，使喷嘴距离工件表面的间距始终保持不变。

进一步优化技术方案，所述调高装置包括：

调高架体，所述调高架体与激光器切割器壳体一体连接；

探板，所述探板延伸设置于调高架体的底端并设置于喷嘴的上方，所述探板上开设有适于使得喷嘴喷出的激光通过的通孔；

至少一个位置传感器，所述位置传感器对称设置于探板的底端；所述位置传感器适于在下探时与工件表面具有间距并将距离检测信息反馈至升降控制系统；

升降机构，所述升降机构的伸缩端与调高架体连接，所述升降机构的受控端连接于升降控制系统的输出端；

升降控制系统，所述升降控制系统用于实时地接收位置传感器的距离检测信息，并将位置传感器的距离检测信息与设定距离进行比对；当位置传感器的检测到的距离大于设定距离时，所述升降控制系统控制升降机构带动喷嘴向下移动；当位置传感器的检测到的距离小于设定距离时，所述升降控制系统控制升降机构带动喷嘴向上移动。

进一步优化技术方案，还包括：

冷却结构，所述冷却结构设置在所述激光器切割器壳体接近喷嘴的外围，所述冷却结构用于根据喷嘴处的温度状况对喷嘴进行冷却；

和/或

侧吹机构，所述侧吹机构设置在激光器切割器壳体上，且所述侧吹机构用于向工件的切割缝处喷出气体，以将切割残渣进行吹扫。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种可调焦切割装置，动态调焦机构在对激光聚焦焦点位置进行调节时，即便工件存在凸起和凹陷的部位，调高装置对喷嘴与工件之间间距实时检测并控制喷嘴与工件之间间距不变，进而使动态调焦机构调节后的实际激光聚焦焦点不发生偏移，使得实际激光聚焦焦点与理想激光聚焦焦点相吻合，能够根据工件的加工需要，将激光聚焦焦点调整至所需的位置，保证了工件的切割质量或切割速度。即当需要提高工件的切割速度时，通过本发明可十分精确地保证焦点落入至工件内部，焦点位置激光能量最强，可以加速板材融化，进而提高了工件的切割速度；当需要提高工件的切割质量时，通过本发明可十分精确地保证焦点落入至工件外部，可以提高工件断面的质量。

2.本发明提供的一种可调焦切割装置，可调焦切割装置的正离焦模式和负离焦模式基于工件的切割效果进行选择，工件的切割效果包括工件的断面质量和工件的切割速率。可调焦切割装置处于正离焦模式时，工件的断面质量提高；调焦切割装置处于负离焦模式时，工件的切割速率提高。可调焦切割装置的正离焦模式和负离焦模式的选择是通过调高装置和动态调焦机构协同控制的，进而能够对焦点的位置进行更加精确地调控，不会出现焦点因工件表面的不平整而发生偏移。

3.本发明提供的一种可调焦切割装置，光学镜片组件中的准直镜、聚焦镜、保护镜可更换。准直镜、聚焦镜、保护镜均可通过插拔方式取出镜座，用于检查光学系统是否损坏或污染，以便更换镜片。将保护镜组件、准直镜组件和聚焦镜组件安装在激光器切割器壳体的侧面水平布置的安装槽内，保护镜组件、准直镜组件和聚焦镜组件等各组件整体从安装槽插入即可，更换非常方便。

4.本发明提供的一种可调焦切割装置，准直镜组调节位于与焦点形成位置比为1：10－14。准直镜的变焦方式为：利用动态调焦机构改变准直镜的上下位置，实现对激光束焦点位置的改变。其对应的数值关系为：准直镜的位置每改变1mm，激光束的焦点位置改变10mm～14mm。在本发明中，对准直镜组进行调节时，仅对准直镜组调节一小段距离即可实现对焦点较大范围的调节，进而可以仅对准直镜组更易产生正离焦点和负离焦点，且使得正离焦点和负离焦点之间的切换更为方便、快速。

5.本发明提供的一种可调焦切割装置，通过调高装置来控制喷嘴距离工件表面的间距，一方面调高装置能够防止喷嘴与工件表面发生碰撞的可能性，另一方面调高装置通过调节喷嘴的位置来调节焦点的位置，进而来控制工件切割速度及切割质量的调节。

本发明将电容调高装置改进为由触针检测，并根据触针检测信息控制升降机构、激光器切割器壳体升降机构的方式，来实现对喷嘴高度的精确控制，且在调节过程中，相对于电容调高装置来说，不会出现造成部件受损的现象，使得本装置的使用寿命更长。

6.本发明提供的一种可调焦切割装置，将电容调高装置改进为由位置传感器检测，并根据位置传感器检测信息控制升降机构的方式，来实现对喷嘴高度的精确控制，且在调节过程中，相对于电容调高装置来说，不会出现造成部件受损的现象，使得本装置的使用寿命更长。

7.本发明提供的一种可调焦切割装置，激光器切割器壳体接近喷嘴的外围设置有冷却结构，冷却结构用于对喷嘴进行冷却，防止切割过程中切喷嘴局部温度过高而损坏切喷嘴的部件。温度检测结构对激光器切割器壳体内的温度进行实时检测，控制系统将温度检测结构的检测信息与设定温度值进行比对，当温度检测结构检测到的温度值大于设定温度值时，控制系统控制阀门打开，此时冷却介质通过循环介质管道输入至冷却环板，实现对喷嘴及喷嘴处激光器切割器壳体的冷却。

8.本发明提供的一种可调焦切割装置，侧吹机构设置在激光器切割器壳体上，且侧吹机构用于向工件的切割缝处喷出气体，以将切割残渣进行吹扫。侧吹喷嘴的喷出口方向指向工件的切割缝处，实现对切割缝处的吹渣操作，能够避免残渣进入到切割缝处对切割缝的质量造成影响，且实现切割与吹渣的同步进行，无需在切割完成后再进行一次吹渣操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种可调焦切割装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种可调焦切割装置的主视图；

图3为本发明提供的一种可调焦切割装置的调高装置的结构示意图；

图4为本发明提供的一种可调焦切割装置的激光器切割器壳体的剖视图；

图5为本发明提供的一种可调焦切割装置的动态调焦机构的剖视图；

图6为本发明提供的一种可调焦切割装置的剖视图；

图7为本发明提供的一种可调焦切割装置的冷却结构的剖视图；

图8为本发明提供的一种可调焦切割装置的工作原理图；

图9为本发明施例2提供的一种可调焦切割装置的结构示意图。

附图标记：

100、激光器切割器壳体，101、激光器光纤入口，102、光纤接头，103、调高装置盛放腔，104、光学镜片组件盛放腔；

200、气体输送系统，201、切割气体输送管道，202、燃气输送管道，203、助燃气体输送管道，204、管道定位板；

300、调高装置，301、探板，302、触针，303、调高架体，305、升降机构，306、位置传感器；

400、喷嘴；

500、侧吹机构，501、侧吹喷嘴，502、侧吹管道，503、侧吹管道定位件；

600、动态调焦机构，601、第一轴承座，602、第一轴承，603、导轨，604、导轨滑块，606、丝杠，607、电机，608、准直镜安装座，609、准直镜容纳腔，610、第二轴承座，611、第二轴承；

701、准直镜组；

800、冷却结构，801、冷却环板，802、锁紧盖板，803、循环介质管道；

900、工件。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，本发明通过可调焦切割装置阐述本发明的激光切割装置只是一个优选实施例，并不是对激光切割装置的保护范围限制。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或比段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“前”、“后”、“中”、“内”、“纵向”、“横向”、“侧”、“竖”、“外”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中机构的不同方位。例如，如果在图中的机构翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。机构可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

厚板切割领域存在切割精度低、效率低，无法穿小孔的情况。需要人工干预，无法实现智能切割。

光纤激光切割60mm以上板材需要最起码30000W的光纤激光，切割效果不好，断面粗糙，坡度偏大，断面有微裂纹。且超高功率的激光器价格昂贵，能耗高。

本发明针对的是厚板及超厚板的切割市场，只需要传统4000W的光纤激光器，在出光的同时与辅助氧气相结合。是光纤激光和火焰切割相结合的复合产品。本发明具有断面质量好、断面陡直、表面粗糙度低、可以切割坡口，表面无微裂纹、可以直接焊接，可以穿孔，能耗低等特点。

激光切割装置发射的激光通过镜片组件后进行聚焦，该聚焦后的焦点会下落至待切割工件的表面，焦点落至待切割工件上的位置不同，所能够达到的切割效果不同。然而现有的激光切割装置对激光的调焦仅通过调节镜片组件进行，工件的表面往往存在凸起和凹陷的部位，激光切割装置又无法监测到焦点的具体位置，倘若仍按照设定程序进行调焦，所调的焦点会因工件的不平整而偏离原位置，影响工件的质量。

为了解决上述技术问题，本发明将喷嘴的高度调节与光学镜片组件的位置调节相结合，在能够保证喷嘴距离工件表面的距离保持不变的基础上，还能够精确调节焦点位置。

下面结合本发明第一方面的可调焦切割装置以及发明第一方面的可调焦切割方法详细阐述本发明的具体实施例。

实施例1

需要说明的是，本发明第一方面的可调焦切割装置只是本发明的优选实施例，本发明的可调焦切割装置既可采用本发明第一方面的可调焦切割装置进行制作，也可采用其他方法进行制作，为了方便阐述，下面通过本发明第一方面的可调焦切割装置进行阐述。

如图1至图8所示，本实施例公开了一种可调焦切割装置，包括激光器切割器壳体100、气体输送系统200、调高装置300、光学镜片组件和动态调焦机构600。

激光器切割器壳体100的顶端设置有激光器光纤入口101，激光头安装在切割头本体顶部，激光器切割器壳体100的底端设置有喷嘴400。气体输送系统200用于向激光器切割器壳体100内部输送切割用气体。调高装置300与激光器切割器壳体100的侧壁相连接，调高装置300具有用于检测喷嘴400与工件900之间间距的检测部以及用于带动激光器切割器壳体100及喷嘴400进行升降的升降部。光学镜片组件设置在激光器切割器壳体100内部，用于将输入激光器切割器壳体100内部的激光聚焦。动态调焦机构600设置在激光器切割器壳体100内部，用于对光学镜片组件进行间距调节以对激光聚焦焦点位置进行调节。

上述可调焦切割装置，激光离焦量的大小由激光束的焦距和喷嘴高度共同决定，本实例通过调高装置300控制喷嘴与工件之间的间距始终不变，进而使得动态调焦机构600调节后的激光焦距为实际焦距，不会因工件的不平整而产生偏差。动态调焦机构600在对激光聚焦焦点位置进行调节时，即便工件存在凸起和凹陷的部位，调高装置300对喷嘴400与工件900之间间距实时检测并控制喷嘴400与工件900之间间距不变，进而使动态调焦机构600调节后的实际激光聚焦焦点不发生偏移，使得实际激光聚焦焦点与理想激光聚焦焦点相吻合，能够根据工件的加工需要，将激光聚焦焦点调整至所需的位置，保证了工件的切割质量或切割速度。即当需要提高工件的切割速度时，通过本实施例可十分精确地保证焦点落入至工件内部，焦点位置激光能量最强，可以加速板材融化，进而提高了工件的切割速度；当需要提高工件的切割质量时，通过本实施例可十分精确地保证焦点落入至工件外部，可以提高工件断面的质量。

需要说明的是，“理想激光聚焦焦点”指的是工件理想状态下(即工件表面平整情况下)激光聚焦焦点的位置，“实际激光聚焦焦点”指的是工件在实际状态下(即工件表面存在微小凹凸面或较大凹凸面情况下)激光聚焦焦点的位置。

在一些实施例中，可调焦切割装置具有正离焦模式和负离焦模式。动态调焦机构600控制激光聚焦焦点位于工件900上方，以使可调焦切割装置处于正离焦模式，此时虽然切割速度慢，但切割后工件断面质量更好。动态调焦机构600控制激光聚焦焦点位于工件900下方，以使可调焦切割装置处于负离焦模式，负离焦因其焦点与工件接触，因此会加速板材融化，进而提高了切割速度。

在一些实施例中，可调焦切割装置的正离焦模式和负离焦模式基于工件的切割效果进行选择，工件的切割效果包括工件的断面质量和工件的切割速率。可调焦切割装置处于正离焦模式时，工件的断面质量提高；调焦切割装置处于负离焦模式时，工件的切割速率提高。在本实施例中，可调焦切割装置的正离焦模式和负离焦模式的选择是通过调高装置300和动态调焦机构600协同控制的，进而能够对焦点的位置进行更加精确地调控，不会出现焦点因工件表面的不平整而发生偏移。

在一些实施例中，激光器切割器壳体100上开设有调高装置盛放腔103和光学镜片组件盛放腔104，调高装置300竖向放置在调高装置盛放腔103内，光学镜片组件盛放腔104由上至下依次设置为准直镜盛放腔、聚焦镜盛放腔和保护镜盛放腔。在本实施例中，准直镜盛放腔、聚焦镜盛放腔和保护镜盛放腔均设置为矩形状，且准直镜盛放腔、聚焦镜盛放腔和保护镜盛放腔之间连接有通道。

在一些实施例中，光学镜片组件包括准直镜组701、聚焦镜组和保护镜组，聚焦镜组设置在聚焦镜盛放腔内部，保护镜组设置在保护镜盛放腔内部。准直镜组701由一片或多片准直镜组成，聚焦镜组由一片或多片聚焦镜组成，保护镜组由一片或多片保护镜组成。准直镜起到将分散或聚焦的光路变成平行光路的作用(实际上在使用当中基本是起到一个聚焦作用)，聚焦镜起到将准直之后的光路进行聚焦的作用。准直镜上端和聚焦镜下端通常会分别设置两片保护镜，实际上数量可根据需求进行调整。准直镜有单片式和胶合式，因为在更多场景下起到的效果是聚焦，因此镜片更多采用凸透镜，从而起到聚焦的效果。

光学镜片组件中的准直镜、聚焦镜、保护镜可更换。本实施例中的准直镜、聚焦镜、保护镜均可通过插拔方式取出镜座，用于检查光学系统是否损坏或污染，以便更换镜片。例如，将保护镜组件、准直镜组件和聚焦镜组件安装在激光器切割器壳体100的侧面水平布置的安装槽内，保护镜组件、准直镜组件和聚焦镜组件等各组件整体从安装槽插入即可，更换非常方便。

对于保护镜组件和聚焦镜组件，整体插入后，再将对应的镜座连接板可拆卸的安装在激光器切割器壳体上，即可实现组件的固定。

对于准直镜组件，整体插入后，再将动态调焦机构600装配在激光器切割器壳体上，并使动态调焦机构600中的丝杠606与准直镜组件中的镜座连接体螺纹配合，即可实现准直镜组件的安装。具体地，激光器切割器壳体的侧面还设置有保护镜盖，保护镜盖可以遮挡安装槽，用于防止镜片受污染。激光器切割器壳体上还设置有观察窗，用于观察调焦过程中准直镜移动的距离，从而计算激光束焦点的实际移动距离。

在一些实施例中，动态调焦机构600包括丝杠606、驱动组件、导轨滑块604和准直镜安装座608。激光器切割器壳体100上固定设置有第一轴承座601和第二轴承座610，丝杠606的顶端通过第一轴承602转动设置在第一轴承座601上，丝杠606的底端通过第二轴承611转动设置在第二轴承座610上。驱动组件与丝杠606连接并用于驱动丝杠606转动，更为具体地驱动组件为电机607。导轨滑块604与丝杠606螺纹配装，且导轨滑块604滑动配装于激光器切割器壳体100的导轨603上。准直镜安装座608与导轨滑块604连接，准直镜安装座608设置在准直镜盛放腔内，且准直镜安装座608在竖向方向上与准直镜盛放腔具有间距。准直镜安装座608上开设有准直镜容纳腔609，准直镜组件放置在准直镜容纳腔609内。

在本实施例中，电机607运行时可带动丝杠606转动，进而带动与丝杠606螺纹配装的导轨滑块604沿着导轨603进行升降，而导轨滑块604的侧部设置有准直镜安装座608，准直镜安装座608内放置有准直镜组701，进而可实现对准直镜组701的高度调节。

在目前的设备安装情况中，准直镜距光纤头100mm(准直镜距光纤头距离为准直镜自身焦距，因此，此处的距离因根据准直镜的焦距而定)，聚焦镜距离准直镜50mm，焦点于聚焦镜对侧400mm处。

模式一：动态调焦机构600通过调节准直镜组701，来对激光聚焦焦点位置进行调节。准直镜可调节范围±20mm。

模式二：动态调焦机构600通过调节聚焦镜组，来对激光聚焦焦点位置进行调节。聚焦镜可调节范围±40mm。

模式三：动态调焦机构600通过调节聚焦镜组和准直镜组701，来对激光聚焦焦点位置进行调节。

在一些实施例中，准直镜组701调节位于与焦点形成位置比为1：10－14。准直镜的变焦方式为：利用动态调焦机构改变准直镜的上下位置，实现对激光束焦点位置的改变。其对应的数值关系为：准直镜的位置每改变1mm，激光束的焦点位置改变10mm～14mm。在本实施例中，对准直镜组701进行调节时，仅对准直镜组701调节一小段距离即可实现对焦点较大范围的调节，进而可以仅对准直镜组701更易产生正离焦点和负离焦点，且使得正离焦点和负离焦点之间的切换更为方便、快速。

在一些实施例中，聚焦镜组调节位移与焦点形成位置比为1：1。聚焦镜的变焦方式为：利用动态调焦机构改变聚焦镜的上下位置，实现对激光束焦点位置的改变。其对应的数值关系为：聚焦镜的位置每改变1mm，激光束的焦点位置改变1mm。

在一些实施例中，变焦范围与喷嘴的关系：对于1.9mm直径喷嘴，变焦范围为－10mm～35mm(以钢板表面为0焦)，随着喷嘴直径的不同，具体变焦范围有所变化。

在一种工作状态下，聚焦镜离喷嘴端部距离370mm，喷嘴高度一定，焦距400mm时焦点形成于喷嘴端部30mm处，焦点位于工件内部，并令喷嘴离工件表面距离小于30mm(通常选用12mm左右)此时属于负离焦(通常选用－10～－15mm)，对于不锈钢等材料的切割效果较好，碳钢通常选用正离焦切割，正离焦切割速度慢，但断面质量更好，负离焦切割速度快，但断面较差。负离焦焦点处于工件内部，焦点位置激光能量最强，可以加速板材融化，而正离焦的焦点处于工件外部，没有直接与工件接触，因此负离焦因其焦点与工件接触，因此会加速板材融化，而正离焦不会，也因此负离焦由于焦点对于工件的融化才会导致工件切割面质量下降。正负离焦时焦点距离工件的距离通过透镜组件和喷嘴高度调节共同决定。

在一些实施例中，激光器切割器壳体上还设置有光纤接头102，光纤接头可采用标准接头方式(例如QBH、QCS和QD等)，用于与外部的激光器相连，将激光器发射的激光束导引至光学组件中。光纤接头设置于激光器切割器壳体的顶部中间位置，激光器的光纤接口插入光纤接头并固定锁紧，光纤接头将光纤输出的激光束导入光学组件中。

由于工件的板面不平整，在切割过程中喷嘴与板面的距离会发生变化，当距离发生改变时，焦点的位置会发生变化，导致切割效果发生变化，当焦点的变化过大时甚至会影响正常切割，也有一定概率会碰撞喷嘴。为了解决该技术问题，本实施例通过调高装置300来控制喷嘴距离工件表面的间距，一方面调高装置300能够防止喷嘴与工件表面发生碰撞的可能性，另一方面调高装置300通过调节喷嘴的位置来调节焦点的位置，进而来控制工件切割速度及切割质量的调节。调高装置300能够起到定高作用，比如定高10mm，可以一直恒定10mm，确保切割效果最佳。

现有的调高装置为电容调高装置，由陶瓷环和感应喷嘴组成高度感应器与待切割工件之间形成电容体，当感应喷嘴到待切割工件的距离发生变化时，电容体的电势将发生变化，变化的信号通过连接线传输给外部控制器，外部控制器根据接收的电信号调整整个激光切割加工头与待切割金属工件之间的高度，使感应喷嘴到待切割工件表面的高度保持不变，从而实现定高切割。但是因在切割过程中，切割缝处的温度较高，环境温度高于许可值则容易使电容出现热击穿现象，导致陶瓷环和感应喷嘴受损。

为了解决上述技术问题，在一些实施例中，调高装置300包括调高架体303、探板301、触针302、升降机构305、激光器切割器壳体升降机构和升降控制系统。本实施例将电容调高装置改进为由触针302检测，并根据触针检测信息控制升降机构305、激光器切割器壳体升降机构的方式，来实现对喷嘴高度的精确控制，且在调节过程中，不会出现造成部件受损的现象，使得本装置的使用寿命更长。

调高架体303与激光器切割器壳体100滑动连接。

探板301延伸设置于调高架体303的底端并设置于喷嘴400的上方，探板301上开设有适于使得喷嘴400喷出的激光通过的通孔。

触针302至少设置有一对，每两个触针302对称设置于探板301的底端；触针302适于在下探时与工件表面接触并将检测信息反馈至升降控制系统。

升降机构305的伸缩端与探板301连接，升降机构305的受控端连接于升降控制系统的输出端。

激光器切割器壳体升降机构的伸缩端与激光器切割器壳体连接，激光器切割器壳体升降机构的受控端连接于升降控制系统的输出端。

升降控制系统用于控制升降机构305按照设定的间隔时间带动触针302下探，以检测工件表面的平整度，进而控制激光器切割器壳体升降机构的运行方式，使喷嘴400距离工件表面的间距始终保持不变。

在本实施例中，进行工件平整度检测的具体过程为：

S10.设定一定的时间间隔(比如每隔20s进行一次探板的下移)，并对升降机构的实际位移量进行设定。

S20.升降机构305带动触针302下移与工件表面接触，并对升降机构305的下移量进行检测，将升降机构305实际下移量与设定位移量进行比对，进而对工件表面平整度进行判断。控制激光器切割器壳体升降机构的运行方式。

当升降机构305实际下移量大于设定位移量时，则证明此处工件的表面为凹陷面，此时控制激光器切割器壳体升降机构的向下移动，即带动喷嘴接近工件的表面，并且升降机构305实际下移量和设定位移量的差值与激光器切割器壳体升降机构的向下移动量相同，因此能够保证喷嘴距离工件表面的距离始终保持一致。

当升降机构305实际下移量小于设定位移量时，则证明此处工件的表面为凸出面，此时控制激光器切割器壳体升降机构的向上移动，即带动喷嘴远离工件的表面，并且升降机构305实际上移量和设定位移量的差值与激光器切割器壳体升降机构的向上移动量相同，因此能够保证喷嘴距离工件表面的距离始终保持一致。

需要说明的是，升降机构305和激光器切割器壳体升降机构可以为气缸，也可以为液压缸。升降机构305和激光器切割器壳体升降机构的位移量的检测方式为：在升降机构305的伸缩端设置第一位移传感器，在激光器切割器壳体升降机构的伸缩端设置第二位移传感器，第一位移传感器和第二位移传感器可以为光电式位移传感器，也可为磁电式位移传感器。

S30.最后控制升降机构305带动触针302按照设定位移量向上移动，即使得触针302距离工件的距离为设定距离，以便于进行一下次下探。

S40.每隔一定的时间，重复进行步骤S20－S30，进而实现在切割过程中对喷嘴的调节功能。

在一些实施例中，激光器切割器壳体100接近喷嘴400的外围设置有冷却结构800，冷却结构800用于对喷嘴400进行冷却，防止切割过程中切喷嘴局部温度过高而损坏切喷嘴的部件。冷却结构800包括冷却环板801以及设置在冷却环板801内的循环介质管道803，冷却环板801与激光器切割器壳体100之间通过锁紧盖板802锁紧，循环介质管道上设置有阀门，循环介质管道的入口与冷却介质源相连通，循环介质管道的出口与回收装置相连通。激光器切割器壳体100内设置有温度检测结构及温度控制系统，温度检测结构用于实时检测激光器切割器壳体100内的温度，并将检测信息反馈至温度控制系统，温度控制系统用于基于温度检测信息控制阀门的动作。

在本实施例中，温度检测结构对激光器切割器壳体100内的温度进行实时检测，控制系统将温度检测结构的检测信息与设定温度值进行比对，当温度检测结构检测到的温度值大于设定温度值时，控制系统控制阀门打开，此时冷却介质通过循环介质管道输入至冷却环板801，实现对喷嘴及喷嘴处激光器切割器壳体100的冷却。

在一些实施例中，侧吹机构500设置在激光器切割器壳体100上，且侧吹机构500用于向工件的切割缝处喷出气体，以将切割残渣进行吹扫。侧吹机构500包括侧吹喷嘴501、侧吹管道502和侧吹供气源。其中，侧吹供气源为高压气源，所采用的气体可以为多种气体。侧吹管道502通过侧吹管道定位件503定位于激光器切割器壳体100的外侧壁上。侧吹喷嘴501的喷出口方向指向工件的切割缝处，实现对切割缝处的吹渣操作，能够避免残渣进入到切割缝处对切割缝的质量造成影响，且实现切割与吹渣的同步进行，无需在切割完成后再进行一次吹渣操作。

在一些实施例中，气体输送系统200包括切割气体输送管道201、燃气输送管道202、助燃气体输送管道203、切割气体源、氧气气源和助燃气体气源。切割气体输送管道201用于输入大量的切割气体，切割气体为氧气、氮气、氩气或压缩空气等，助燃气体输送管道203用于输入相对较少的氧气。燃气气源与燃气输送管道202连通。切割气体输送管道201、燃气输送管道202、助燃气体输送管道203的输出端分别连接至激光器切割器壳体100内。其中切割气体输送管道201、燃气输送管道202、助燃气体输送管道203分别通过管道定位板204进行定位。

当采用火焰辅助激光切割头进行厚板激光切割加工时，所切割气体一般为普氧或者高纯氧气等，燃烧气体一般为丙烷、乙炔、天然气等有机燃烧气体，燃烧气体压力一般低于低压氧气的压力，为0.05bar～0.4bar。助燃气体为低压氧气，压力为0.1bar～2bar，该低压氧气作为助燃剂用于与燃烧气体发生燃烧反应产生高温火焰。

本发明将激光束与燃气、切割气体、氧气从同一喷嘴喷出，共同作用于被切割工件，使割缝处液态金属和氧化物温度升高，粘度降低，更容易被气体吹除，形成割缝，因此显著提升切割速度和割缝质量。

实施例2

如图9所示，在实施例1的基础上，本实施例公开了一种可调焦切割装置，本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例调高装置300的具体结构及具体调节原理与实施例1不同。

本实施例的调高装置300包括调高架体303、探板301、位置传感器306、升降机构305和升降控制系统。本实施例将电容调高装置改进为由位置传感器306检测，并根据位置传感器306检测信息控制升降机构305的方式，来实现对喷嘴高度的精确控制，且在调节过程中，不会出现造成部件受损的现象，使得本装置的使用寿命更长。

调高架体303与激光器切割器壳体100一体连接。探板301延伸设置于调高架体303的底端并设置于喷嘴400的上方，探板301上开设有适于使得喷嘴400喷出的激光通过的通孔。

位置传感器设置有至少一个，位置传感器对称设置于探板301的底端；位置传感器适于在下探时与工件表面具有间距并将距离检测信息反馈至升降控制系统。

升降机构305的伸缩端与调高架体303连接，升降机构305的受控端连接于升降控制系统的输出端。

升降控制系统用于实时地接收位置传感器的距离检测信息，并将位置传感器的距离检测信息与设定距离进行比对；当位置传感器的检测到的距离大于设定距离时，升降控制系统控制升降机构305带动喷嘴400向下移动；当位置传感器的检测到的距离小于设定距离时，升降控制系统控制升降机构305带动喷嘴400向上移动。

本实施例中的升降机构305是同步控制喷嘴与探板301进行动作的，喷嘴与探板301之间的位置不变，即可通过设置在探板301底部的位置传感器来感应工件的位置，进而将检测信息反馈至升降控制系统，来统一控制喷嘴与探板301进行升降。在本实施例中，喷嘴与探板301的调节为动态调节，能够保证喷嘴距离工件表面距离的精确性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种可调焦切割装置，其特征在于，包括：

激光器切割器壳体(100)，所述激光器切割器壳体(100)的顶端设置有激光器光纤入口(101)，所述激光器切割器壳体(100)的底端设置有喷嘴(400)；

气体输送系统(200)，用于向激光器切割器壳体(100)内部输送切割用气体；

调高装置(300)，与所述激光器切割器壳体(100)的侧壁相连接，所述调高装置(300)具有用于检测喷嘴(400)与工件(900)之间间距的检测部以及用于带动激光器切割器壳体(100)及喷嘴(400)进行升降的升降部；

光学镜片组件，设置在激光器切割器壳体(100)内部，用于将输入激光器切割器壳体(100)内部的激光聚焦；

动态调焦机构(600)，设置在激光器切割器壳体(100)内部，用于对光学镜片组件进行间距调节以对激光聚焦焦点位置进行调节；所述调高装置(300)用于对喷嘴(400)与工件(900)之间间距实时检测并控制喷嘴(400)与工件(900)之间间距不变，以使所述动态调焦机构(600)在对激光聚焦焦点位置进行调节时的实际激光聚焦焦点与理想激光聚焦焦点相吻合，进而对离焦量大小进行控制。

2.根据权利要求1所述的可调焦切割装置，其特征在于，所述可调焦切割装置具有正离焦模式和负离焦模式；所述动态调焦机构(600)控制激光聚焦焦点位于工件(900)上方，以使可调焦切割装置处于正离焦模式；所述动态调焦机构(600)控制激光聚焦焦点位于工件(900)下方，以使可调焦切割装置处于负离焦模式。

3.根据权利要求2所述的可调焦切割装置，其特征在于，所述可调焦切割装置的正离焦模式和负离焦模式基于工件的切割效果进行选择，所述工件的切割效果包括工件的断面质量和工件的切割速率；

所述可调焦切割装置处于正离焦模式时，工件的断面质量提高；

所述调焦切割装置处于负离焦模式时，工件的切割速率提高。

4.根据权利要求1所述的可调焦切割装置，其特征在于，所述激光器切割器壳体(100)上开设有调高装置盛放腔(103)和光学镜片组件盛放腔(104)，所述调高装置(300)竖向放置在调高装置盛放腔(103)内，所述光学镜片组件盛放腔(104)由上至下依次设置为准直镜盛放腔、聚焦镜盛放腔和保护镜盛放腔；

所述光学镜片组件包括准直镜组(701)、聚焦镜组和保护镜组，所述聚焦镜组设置在聚焦镜盛放腔内部，所述保护镜组设置在保护镜盛放腔内部。

5.根据权利要求4所述的可调焦切割装置，其特征在于，所述动态调焦机构(600)包括：

丝杠(606)，所述丝杠(606)转动设置在激光器切割器壳体(100)上；

驱动组件，所述驱动组件与丝杠(606)连接并用于驱动丝杠(606)转动；

导轨滑块(604)，所述导轨滑块(604)与丝杠(606)螺纹配装，且所述导轨滑块(604)滑动配装于激光器切割器壳体(100)的导轨(603)上；

准直镜安装座(608)，所述准直镜安装座(608)与导轨滑块(604)连接，所述准直镜安装座(608)设置在准直镜盛放腔内，且所述准直镜安装座(608)在竖向方向上与准直镜盛放腔具有间距。

6.根据权利要求5所述的可调焦切割装置，其特征在于，所述动态调焦机构(600)通过调节准直镜组(701)，来对激光聚焦焦点位置进行调节；

或所述动态调焦机构(600)通过调节聚焦镜组，来对激光聚焦焦点位置进行调节；

或所述动态调焦机构(600)通过调节聚焦镜组和准直镜组(701)，来对激光聚焦焦点位置进行调节。

7.根据权利要求6所述的可调焦切割装置，其特征在于，所述准直镜组(701)调节位于与焦点形成位置比为1：10－14；

和/或所述聚焦镜组调节位移与焦点形成位置比为1：1。

8.根据权利要求1－7中任一项所述的可调焦切割装置，其特征在于，所述调高装置(300)包括：

调高架体(303)，所述调高架体(303)与激光器切割器壳体(100)滑动连接；

探板(301)，所述探板(301)延伸设置于调高架体(303)的底端并设置于喷嘴(400)的上方，所述探板(301)上开设有适于使得喷嘴(400)喷出的激光通过的通孔；

至少一对触针(302)，每两个所述触针(302)对称设置于探板(301)的底端；所述触针(302)适于在下探时与工件表面接触并将检测信息反馈至升降控制系统；

升降机构(305)，所述升降机构(305)的伸缩端与探板(301)连接，所述升降机构(305)的受控端连接于升降控制系统的输出端；

激光器切割器壳体升降机构，所述激光器切割器壳体升降机构的伸缩端与激光器切割器壳体连接，所述激光器切割器壳体升降机构的受控端连接于升降控制系统的输出端；

升降控制系统，所述升降控制系统用于控制升降机构(305)按照设定的间隔时间带动触针(302)下探，以检测工件表面的平整度，进而控制激光器切割器壳体升降机构的运行方式，使喷嘴(400)距离工件表面的间距始终保持不变。

9.根据权利要求1－7中任一项所述的可调焦切割装置，其特征在于，所述调高装置(300)包括：

调高架体(303)，所述调高架体(303)与激光器切割器壳体(100)一体连接；

探板(301)，所述探板(301)延伸设置于调高架体(303)的底端并设置于喷嘴(400)的上方，所述探板(301)上开设有适于使得喷嘴(400)喷出的激光通过的通孔；

至少一个位置传感器，所述位置传感器对称设置于探板(301)的底端；所述位置传感器适于在下探时与工件表面具有间距并将距离检测信息反馈至升降控制系统；

升降机构(305)，所述升降机构(305)的伸缩端与调高架体(303)连接，所述升降机构(305)的受控端连接于升降控制系统的输出端；

升降控制系统，所述升降控制系统用于实时地接收位置传感器的距离检测信息，并将位置传感器的距离检测信息与设定距离进行比对；当位置传感器的检测到的距离大于设定距离时，所述升降控制系统控制升降机构(305)带动喷嘴(400)向下移动；当位置传感器的检测到的距离小于设定距离时，所述升降控制系统控制升降机构(305)带动喷嘴(400)向上移动。

10.根据权利要求1－7中任一项所述的可调焦切割装置，其特征在于，还包括：

冷却结构(800)，所述冷却结构(800)设置在所述激光器切割器壳体(100)接近喷嘴(400)的外围，所述冷却结构(800)用于根据喷嘴(400)处的温度状况对喷嘴(400)进行冷却；

和/或

侧吹机构(500)，所述侧吹机构(500)设置在激光器切割器壳体(100)上，且所述侧吹机构(500)用于向工件的切割缝处喷出气体，以将切割残渣进行吹扫。