CN201128048Y - 具有激光加工喷嘴调整装置的激光加工机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种激光加工机(1)，该激光加工机包括一个用于对激光光束(5)引导光束和聚焦的光学装置、一个用于照亮激光加工头的激光加工喷嘴(10′)的喷嘴孔(10)的装置、一个用于借助于所述照亮来确定该喷嘴孔(10)的中心的装置和一个用于确定激光光束焦点到喷嘴中心的距离的装置。设置有一个用于照亮该喷嘴孔(10)的单独的光源(11)和激光光束(5)的光束引导装置的一个用于输入耦合光束(14)的光学元件。

Description

具有激光加工喷嘴调整装置的激光加工机
技术领域
本发明涉及一种激光加工机，具有一个用于对激光加工光束引导光束和聚焦的光学装置。
背景技术
这种激光加工机已普遍公开。
为了最佳地加工材料，需要在激光加工喷嘴内部尽可能在中心布置激光光束。
发明内容
申请人提出的任务是，使激光加工光束在激光切割头的激光加工喷嘴的喷嘴孔内部尽可能对中的布置能够自动化。
根据本实用新型，提出了一种激光加工机，它具有一个用于对激光光束引导光束和聚焦的光学装置、一个用于照亮激光加工头的激光加工喷嘴的喷嘴孔的装置、一个用于借助于所述照亮来确定喷嘴孔的中心的装置和一个用于确定激光光束焦点到喷嘴中心的距离的装置，其中，所述用于照亮激光加工头的激光加工喷嘴的喷嘴孔的装置包括一个用于照亮喷嘴孔的单独的光源并且激光光束的光束引导装置包括一个用于输入耦合该光源的光束的光学元件。
通过本发明，喷嘴中心可通过参考测量来确定，其中，摄取和分析处理被照亮的喷嘴和被聚焦的光束的各一个图像。测量信号可通过机器控制装置用于自动的激光喷嘴对中。
设置有一个用于照亮喷嘴孔的单独的光源。这具有优点：不必调节被形成用于激光加工的激光光束。在使用单独的光源时的另一个重要优点在于：可使用可见光。因此可将可按照标准且成本低廉地制造的探测器用于可见光。使用现有的光学装置来输入耦合光源的光束具有优点：不需要附加的光学装置用于输入耦合。
在用单独的光源在技术上转换工作方式时，所述用于照亮喷嘴孔的单独的光源是一个用于产生光束的激光二极管，所述用于照亮激光加工头的激光加工喷嘴的喷嘴孔的装置还包括一个用于扩展该光束的光学装置、一个用于经扩展的光束的偏转镜和一个用于相对于激光加工光束同线地会聚反射光束的镜。
如果偏转镜和所述镜是一个过程光测量装置的一部分，则本发明可与一个公知的过程光测量装置相组合并且有利地集成在激光加工机中。
所述用于借助于所述照亮来确定喷嘴孔的中心的装置是图像检测和图像分析处理装置，这对于分析处理是有利的。
用于对激光光束引导光束和聚焦的光学装置可包括一个自适应镜，该自适应镜可用于调节所述照亮。
附图说明
借助于示意性的附图对本发明的优选实施例进行描述。附图表示：
图1  一个激光加工机；
图2  激光光束引导装置的一部分和另外的用于照亮切割喷嘴孔的激光光束的会聚反射；
图3  与过程光测量相联系的会聚反射的方案；
图4  切割喷嘴内部的被聚焦的激光切割光束；
图5  借助于另外的激光光束照亮切割喷嘴孔；
图6  象限区段的俯视图。
具体实施方式
从图1中可看到一个用于激光切割的激光加工机1的结构，该激光加工机具有一个CO2激光器2、一个激光加工头3和一个工件支座4。所产生的激光光束5借助于一些偏转镜被引导到激光加工头3并且借助于一些镜指向工件6。在激光光束5的光束引导装置中可在任意部位上装入根据本发明的装置。
在产生贯穿的切割切口之前，激光光束5必须穿透工件6。板6必须在一个部位上点状地熔化或氧化，并且熔液必须被吹走。
在带有斜坡地缓慢刺入时，激光功率可逐渐地提高、降低并且在确定的时间段上保持恒定，直到产生刺入孔。不仅刺入而且激光切割通过补充气体来支持。作为切割气体7可使用氧、氮、压力空气和/或依应用而特定的气体。最后使用什么气体，取决于切割什么材料和对工件提出什么质量要求。
在激光光束5投射到板6上的位置，材料熔化并且极大部分地氧化。形成的熔液与铁氧化物一起被吹走。产生的微粒和气体可借助于一个抽吸装置8从抽吸室9被抽吸走。
根据图2，用于照亮切割头3的切割喷嘴10′的切割喷嘴孔10的装置基本上包括一个激光二极管11、一个以45°角布置的偏转镜1 2和一个允许相对于CO2激光器的激光切割光束5同线地会聚反射可见的激光光束14的镜13。为此，激光二极管11的激光光束14被这样扩展，使得该激光光束照射到镜13的边缘上。扩展透镜15的焦距及其到镜13的距离这样选择，使得聚焦光学装置16(透镜或镜)借助于激光二极管11的激光光束14被完全照亮。
借助于自适应镜17现在这种程度地调节透镜或聚焦镜16的聚焦位置，使得喷嘴孔10被完全照亮。激光光束14在此情况下掠过喷嘴孔10的边缘。一个直接设置在激光切割喷嘴10′下方的调焦屏18显示出一个具有直径D的红色的斑点，该斑点的边界精确地相应于喷嘴孔10。借助于摄像机和图像分析处理装置现在可在第一方法步骤中精确地确定和分析处理喷嘴孔10的喷嘴中心(参见图4)。聚焦位置在第二方法步骤中被精确地置于喷嘴下棱边的平面中。相应于焦点的斑点具有约0.1mm的直径D′。再确定该斑点的中心(参见图5)。光束中心相对于喷嘴中心的偏差可被确定并且用于自动调整。
图3示出了本发明与一个过程光测量装置的组合。最重要的方面是，镜13′具有一个孔，加工激光光束5穿过该孔。附加的光束源通过一个部分透光的镜12′和所谓的刮刀镜13′输入耦合到光束引导装置中。作为镜13′以PCS刮刀在激光切割机中已经存在可附加地用于该目的的合适的镜。激光切割机可设置有光学的过程光测量装置，其中，镜13′是该过程光测量装置的一部分。过程光测量装置可以是传统的结构形式。这种测量装置例如由德国迪琴根TRUMPF公司以名称“PCS”销售。PCS是在刺入期间测量过程光的光学系统。按照DIAS-PCS-PC中的所选择的功能可借助于测量值控制刺入过程(柔和的刺入)和/或识别刺入终点(柔和的且完全的刺入)。由于激光功率光束而在刺入位置上产生的反射回来的过程光5′借助于刮刀镜13′转向到光敏二极管19上，该光敏二极管将该过程光的强度转换成相应的电流。测量头中的电子装置20测量该电流并且将测量值数字地传送给分析处理电子装置，该分析处理电子装置相应地进一步处理这些数据。
取代激光光束14也可以以类似方式用被削弱的激光加工光束5工作来照亮喷嘴孔10。作为传感器则需要一个对CO2激光器光敏感的摄像机或至少一个对CO2激光器光敏感的象限探测器。
象限探测器可如下地使用：
第一方案
激光光束5这种程度地散焦，使得该激光光束填满位置固定地设置的切割头3的喷嘴孔10。使该激光光束借助于光束引导装置的光学元件被这种程度地移位，使得例如-X象限中的信号消失。存储该值。然后，+X方向上的值通过随X轴移动来求得。喷嘴中心是所获得的两个值的平均值。类似地在Y方向上移动。现在，聚焦点借助于自适应镜17成像在象限探测器18上。切割头中的调节装置现在被这样调节，直到所有4个象限显示同一个测量值(参见图6)。激光光束5被对中。
第二方案
在聚焦镜被位置固定地设置的情况下，喷嘴运动。随机器轴线使小地成像的光束这样在探测器上移动，使得象限探测器18的所有4个象限显示同一个测量值。现在，激光光束借助于散焦通过自适应镜17这样放大，使得该激光光束填满喷嘴孔10。现在，喷嘴10′这样在两个轴上被调节，直到所有4个象限显示同一个测量值。

Claims (5)

1. 激光加工机(1)，具有一个用于对激光光束(5)引导光束和聚焦的光学装置、一个用于照亮激光加工头(3)的激光加工喷嘴(10′)的喷嘴孔(10)的装置、一个用于借助于所述照亮来确定该喷嘴孔(10)的中心的装置和一个用于确定激光光束焦点到喷嘴中心的距离的装置，其特征在于：所述用于照亮激光加工头(3)的激光加工喷嘴(10′)的喷嘴孔(10)的装置包括一个用于照亮该喷嘴孔(10)的单独的光源(11)并且激光光束(5)的光束引导装置包括一个用于输入耦合该光源的光束(14)的光学元件。
2. 根据权利要求1的激光加工机，其特征在于：所述用于照亮该喷嘴孔(10)的单独的光源是一个用于产生光束(14)的激光二极管(11)，所述用于照亮激光加工头(3)的激光加工喷嘴(10′)的喷嘴孔(10)的装置还包括一个用于扩展该光束(14)的光学装置(15)、一个用于经扩展的光束的偏转镜(12，12′)和一个用于相对于激光加工光束(5)同线地会聚反射光束(14)的镜(13，13′)。
3. 根据权利要求2的激光加工机，其特征在于：该偏转镜(12′)和该镜(13′)是一个过程光测量装置的一部分。
4. 根据权利要求1的激光加工机，其特征在于：所述用于借助于所述照亮来确定该喷嘴孔(10)的中心的装置是一个图像检测和图像分析处理装置。
5. 根据上述权利要求中一项的激光加工机，其特征在于：该用于对激光光束引导光束和聚焦的光学装置包括一个自适应镜(17)。
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