CN201728478U - 大幅面固体激光切割机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出一种大幅面固体激光切割机，采用高峰值功率的长脉冲固体激光器作为切割机的光源，用闪光灯脉冲泵浦双棒串接技术，获得光束发散角小、电光转换效率高的激光脉冲输出，同时采用半飞行光路结构，可进行大幅面、快速的激光金属切割，采用聚焦镜随动结构，获得了稳定的切割质量，与其它的激光切割机采用高功率(千瓦以上)CO2气体激光器配上可自动控制的大幅面机床，并利用电容、电感等距离传感器和反馈控制装置调整激光聚焦镜与被切割金属表面的距离方法相比，本装置简单、方便、运行成本低，满足市场对大幅面激光切割机的价格、工效高需求。

Description

大幅面固体激光切割机 
技术领域
本实用新型涉及一种大幅面固体激光切割机，属于机械加工行业激光切割加工技术领域。 
背景技术
激光切割以质量高、速度快、自动化程度高等优点已成为金属加工的主要手段。目前的大幅面激光切割机主要以高功率(千瓦以上)CO2气体激光器配上可自动控制的大幅面机床构成，这种切割机能实现金属厚板的切割，切割速度和精度都能达到较高要求，但价格高和使用成本高，限制了高功率气体激光切割机的推广和使用，中国发明专利(申请号：200710171307.8，名称：一种大台面数控激光切割机)所述的激光器安装在龙门架珩架上，可随龙门架珩架一起移动，高性能飞行光路悬臂式激光切割机与大台面龙门架机载式切割机的机械结构相叠加，该发明的缺点是利用了现有的机床式的龙门珩架，结构复杂、设备制造成本高；实用新型专利(申请号：200520114855.3，名称：大功率固体激光平面切割机)主要涉及的是依据电容量随激光头与被加工金属距离变化而改变原理，发明一套随电容量变化而自动调整激光头与加工金属间距离方法，达到自动聚焦目的，其缺点是检测所采用的元器件较多，增加了制造成本，工作时故障率较高，提高了运行费用；实用新型专利(申请号：200520115657.9，名称：一种一灯泵双棒激光器核心装置)所公开的是一种一灯泵双棒激光器，未涉及该激光器在激光切割领域中的应用；实用新型专利(申请号： 200420114953.2，名称：一种双脉冲固体激光器)所涉及的只是一种长或短脉冲激光电源，没有提出大幅面工作台架与安装在台架上的大功率长脉冲激光器。一种可加工大幅面材料的价廉高效激光切割机的提出成为需要。 
发明内容
本实用新型的目的是提出一种大幅面固体激光切割机，采用高峰值功率的长脉冲固体激光器作为切割机的光源，用闪光灯脉冲泵浦双棒串接技术，获得光束发散角小、电光转换效率高的激光脉冲输出，同时采用半飞行光路结构，固定在X轴数控滑块上的聚焦镜机械夹持装置与被切割的金属表面接触，可在金属表面滑动，保证聚焦镜离被加工金属表面的距离恒定，即保证了激光焦点在深度上的稳定，从而保证了切割质量，满足市场对大幅面激光切割机的低价格、高工效需求。 
本实用新型采用的技术方案是：大幅面固体激光切割机，由激光器、准直扩束聚焦光学系统、切割工作台、工作台上的龙门架和控制台五部分构成，激光器输出的倍频激光经过准直扩束镜、光束偏转镜、聚焦镜聚焦到激光切割工作台上的被切割金属上，其特征在于：所述激光器为最大输出功率500瓦的固体激光器，固体激光器采用双棒串联、长脉冲固体激光器，包括输出镜、两闪光灯泵浦模块和全反镜，构成一个望远镜腔，两个泵浦模块的距离由激光晶体的热透镜焦距之和决定；准直扩束聚焦光学系统采用接触式随动光学聚焦系统，输出的激光经过扩束镜、反射镜和聚焦镜后到达切割工作台，焦点在金属上表面或金属里面； 
所述的接触式随动光学聚焦系统，包括圆柱状金属圆筒、圆锥状金属 圆筒和聚焦镜，圆柱状金属圆筒下部，联接着与之同轴的圆锥状金属圆筒，圆锥状金属圆筒可沿圆柱状金属圆筒在Z轴方向上下移动，聚焦镜固定在圆锥状金属圆筒中；圆柱状金属圆筒固定在龙门架上的X轴向滑块上，圆锥状金属圆筒下沿与被加工金属表面的保持接触。 
如上所述的大幅面固体激光切割机，其特征在于：切割工作台采用半飞行光路的X、Y轴工作台，工作台沿Y轴方向两侧面装有导轨，龙门架支撑在导轨上，激光器、准直扩束镜、光束发射镜固定在工作台的龙门架上，龙门架可按控制要求沿Y轴方向往复运动，带动固定在龙门架上的激光器、准直扩束镜、光束发射镜运动，龙门架内装有沿X轴方向的滑轨，反射镜和聚焦镜固定在圆柱状金属圆筒内，该圆筒固定在一个滑块上，滑块套在龙门架X轴方向的滑轨内，沿X轴方向滑块按控制要求在滑轨内往复运动，构成X方向的飞行光路。 
本实用新型的工作原理是：闪光灯泵浦模块包含脉冲闪光灯、激光晶体和聚光腔，两个闪光灯泵浦模块和输出镜、全反镜构成激光谐振腔，激光电源点燃闪光灯后，闪光灯的光能使激光晶体的下能级粒子抽运到上能级，经过谐振腔的放大，最终获得激光输出，准直扩束聚焦光学系统采用接触式随动光学聚焦系统，输出的激光经过扩束镜、反射镜和聚焦镜后到达切割工作台，焦点在金属上表面或金属里面，控制台上的计算机根据切割图形的情况，产生触发信号控制激光电源的打开和关断，光路在XYZ方向移动，从而切割出所需的图形。 
本实用新型的有益效果是： 
1、采用双棒串接技术，获得了小发散角、高功率的激光输出； 
2、采用半飞行光路结构，可进行大幅面、快速的激光金属切割； 
3、采用聚焦镜随动结构，获得了稳定的切割质量，与其它的激光切割机采用电容、电感等距离传感器和反馈控制装置调整激光聚焦镜与被切割金属表面的距离方法相比，本装置简单、方便、运行成本低。 
附图说明
附图1为本实用新型实施例结构示意图。其中图1.1为激光器，图1.2为切割机主体图，图1.3为控制台。 
附图2为本实用新型实施例双棒串联激光谐振腔示意图。 
附图3为本实用新型实施例X轴上飞行光路示意图。 
附图4为本实用新型实施例聚焦镜金属表面随动示意图。 
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。 
附图1中的标记：1-激光电源，2-激光器，3-准直扩束镜，4-光束发射镜，5-聚集镜，6-工作台，7-龙门架、8-控制台。 
附图2中的标记：I-激光器2的输出镜，II、II-激光器2的闪光灯泵浦模块，III-激光器2的全反镜。 
附图3中的标记：9-激光束，10-反射镜一，11-反射镜二，12-反射镜三，13-聚焦镜。 
附图4中的标记：14-园柱状金属圆筒，15-园锥状金属圆筒。 
如附图1，大幅面固体激光切割机由激光电源1、激光器2、准直扩束镜3、光束发射镜4、聚焦镜5、工作台6、龙门架7和控制台8组成。激光器2输出的倍频激光经过准直扩束镜3，光束发射镜4，聚焦镜5聚焦到激光切割工作台6上的被切割金属上。激光器2、准直扩束镜3、光 束发射镜4固定在工作台6的龙门5上，聚焦镜5固定在龙门架6内滑块上，构成X轴方向的飞行光路，龙门架7延Y轴方向按控制要求往复运动，从而带动激光器2、准直扩束镜3、光束发射镜4延Y轴方向运动，实现了大幅面的激光切割。 
如附图2，激光器2内由输出镜I、闪光灯泵浦模块II、II′和全反镜III构成基本的激光谐振腔，两个泵浦模块的距离由激光晶体的热透镜焦距之和决定，这样构成的是一个望远镜腔，可以加长激光谐振腔的长度，减小光束发散角，增加激光低阶模的体积，获得小发散角、高功率的激光脉冲输出。 
如附图3和4，固定在数控工作台龙门上的激光器2发射出激光束9，经反射镜10、反射镜11和反射镜12到达激光聚焦镜13，进行激光切割。反射镜10和反射镜11固定在龙门架上，反射镜12和聚焦镜13固定在园柱状金属圆筒14内，该园筒固定在一个滑块上，滑块套在龙门架X轴方向的滑轨内，沿X轴方向滑块按控制要求在滑轨内往复运动，构成X方向的飞行光路，由于X轴方向运动的只是反射镜12和聚焦镜13，激光器2并不在X轴方向运动，该办法减轻了X轴滑轨承受的重量，达到快速切割、大幅面切割效果。 
如附图4，固定在X轴数控滑块上机械夹持装置夹住园柱状金属园筒14，其内有反射镜12和聚焦镜13，园柱金属圆筒14下部连接一个园锥状金属园筒15，园锥状金属圆筒15可沿园柱金属圆筒14在Z轴方向上下移动，聚焦镜13固定在该园筒15内，并与被切割的金属表面接触，在切割过程中，园锥状金属园筒可在金属表面滑动，这样就保证了聚焦镜13离金属表面的距离是恒定的，从而保证了切割质量。其它的激光切割 机都是采用电容、电感等距离传感器和反馈控制装置来保证激光聚焦镜离被切割金属表面的距离不变，没有本实用新型的方法简单、方便、成本低。 

Claims (2)

1.大幅面固体激光切割机，由激光器、准直扩束聚焦光学系统、切割工作台、工作台上的龙门架和控制台五部分构成，激光器输出的倍频激光经过准直扩束镜、光束偏转镜、聚焦镜聚焦到激光切割工作台上的被切割金属上，其特征在于：所述激光器为最大输出功率500瓦的固体激光器，固体激光器采用双棒串联、长脉冲固体激光器，包括输出镜、两闪光灯泵浦模块和全反镜，构成一个望远镜腔，两个泵浦模块的距离由激光晶体的热透镜焦距之和决定；准直扩束聚焦光学系统采用接触式随动光学聚焦系统，输出的激光经过扩束镜、反射镜和聚焦镜后到达切割工作台，焦点在金属上表面或金属里面；
所述的接触式随动光学聚焦系统，包括圆柱状金属圆筒(14)、圆锥状金属圆筒(15)和聚焦镜(13)，圆柱状金属圆筒下部，联接着与之同轴的圆锥状金属圆筒，圆锥状金属圆筒可沿圆柱状金属圆筒在Z轴方向上下移动，聚焦镜固定在圆锥状金属圆筒中；圆柱状金属圆筒固定在龙门架上的X轴向滑块上，圆锥状金属圆筒下沿与被加工金属表面的保持接触。
2.如权利要求1所述的大幅面固体激光切割机，其特征在于：切割工作台采用半飞行光路的X、Y轴工作台，工作台沿Y轴方向两侧面装有导轨，龙门架支撑在导轨上，激光器、准直扩束镜、光束发射镜固定在工作台的龙门架上，龙门架可按控制要求沿Y轴方向往复运动，带动固定在龙门架上的激光器、准直扩束镜、光束发射镜运动，龙门架内装有沿X轴方向的滑轨，反射镜和聚焦镜固定在圆柱状金属圆筒内，该圆筒固定在一个滑块上，滑块套在龙门架X轴方向的滑轨内，沿X轴方向滑块按控制要求在滑轨内往复运动，构成X方向的飞行光路。
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