CN213560635U - 一种激光切割头零焦点校正装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光切割头零焦点校正装置，涉及激光切割领域。该方案包括安装于激光头内的固定镜片和调焦镜片，调焦镜片活动设置于激光头内且可远离或靠近固定镜片，激光头内还设置有驱动组件，激光头外设置有测宽传感器，测宽传感器的探测位置位于激光头喷嘴下方1mm处，测宽传感器连接有控制器，测宽传感器与控制器电性连接，且控制器控制驱动组件动作。提出一种激光切割头零焦点校正装置，能对自动化调节不同焦点位置进行试验切割，并通过测宽传感器测量切割缝的宽度，经控制器对比得到最小的切缝，并以该切缝的对应的焦点位置作为零焦点，便于实现自动化校正零焦点，校正方便，校正准确度高。

Description

一种激光切割头零焦点校正装置

技术领域

本实用新型涉及激光切割领域，具体涉及一种激光切割头零焦点校正装置。

背景技术

激光在激光头喷嘴下方1MM处，光斑直径最小时的点，称之为激光头的零焦点。

在激光切割领域，切割不同厚度的不同材料时，需要设定与之对应的的切割焦点。

目前市面上的激光头切割焦点在+20MM到-30MM之间，切割参数设定时都是以零焦点为基准值来设定的。

零焦点的位置设定不对，那么工艺参数设定的切割焦点都将发生错误，而切割焦点不对将导致激光切不断或切割效果不好的问题。

由于以下5个方面原因：

1、光源的光耦合进光纤存在偏差；

2、光纤出射光发散角度存在差异；

3、准直镜片加工精度存在偏差；

4、聚焦镜片加工精度存在偏差；

5、激光头镜片存在装配误差。

导致每个激光头的零焦点位置有所偏差，所以针对每一个激光头都要进行零焦点的校正(俗称拉焦点)。

目前零焦点的校正是通过人工设定不同的切割焦点在板材上切割若干条直线，以最细的那条直线所对应的焦点当做零焦点。

而采用人工拉焦点的做法存在以下缺陷：由于人工拉焦点依赖操作人员个人判断能力，依靠肉眼对切割缝的判断不够精确而存在误判，且采用人工拉焦点的步骤比较繁琐，不利于提高自动化程度。

目前，现有技术中，申请号为201811438675.9的中国专利申请公开了一种激光切割装置及其调焦方法和调焦系统，其能实现在切割过程动态焦点调节，但是这种调焦方式是基于校正零焦点后才能运行，而并未零焦点的校正有所披露，由于在焦点位置的选择前对零焦点校正的重要性，现有必要提出一种便于实现激光切割头的零焦点自动化校正的方案。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种激光切割头零焦点校正装置，其包括激光头、固定镜片、调焦镜片、驱动组件、测宽传感器以及控制器。通过测宽传感器捕捉并测量激光头调节不同焦点位置切割出的切割缝的宽度，经控制器对比获取最小缝宽的切割缝，以此找到对应的焦点位置作为零焦点，完成零焦点位的校正，具有校正方便、减少人工校正的麻烦的优点。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种激光切割头零焦点校正装置，包括安装于激光头内的固定镜片和调焦镜片，所述调焦镜片活动设置于所述激光头内且可远离或靠近所述固定镜片，所述激光头内还设置有驱动所述调焦镜片移动的驱动组件，所述激光头外设置有测宽传感器，所述测宽传感器的探测位置位于所述激光头喷嘴下方1mm处，所述测宽传感器连接有控制器，所述测宽传感器与所述控制器电性连接，且所述控制器控制所述驱动组件动作。

通过这样设置，驱动组件能驱动调焦镜片靠近或远离固定镜片，从而达到调整由激光头喷嘴喷射的激光的焦点的位置，在校正过程中，可调整调焦镜片位于不同位置，即不同焦点位置在试验板上切割不同的切割缝，通过测宽传感器逐一捕捉切割缝或一次性捕捉全部的切割缝，将测宽传感器的探测位置设置在位于激光头喷嘴下方1mm处是由于：一方面，切割时激光头喷嘴与实验切割的板材相距1mm，能保证捕捉切割缝的统一性，另一方面零焦点也位于激光喷嘴下方1mm处，捕捉的切割缝更加贴近于真实，有利于减少测量误差，此外，还能实现激光头切割完后立即进行切割缝捕捉并测量，有利于提高校正效率；

测宽传感器将切割缝的宽度进行测量并控制器中，控制器将所有切割缝中最小缝宽的切割缝选出，并得到最小的切割缝对应的焦点位置，以此作为零焦点位置，从而完成零焦点位置的校正，校正方便、快捷，且其过程减少人工干预，通过测宽传感器捕捉切割缝信息，减少了肉眼的误差，提高校正的准确性。

作为优选，所述测宽传感器固定于所述激光头外。

通过这样设置，将测宽传感器与激光头固定，从而使得测宽传感器能随激光头移动，能达到激光头在切割形成切割缝之后立即进行切割缝的测量，还能保持每条切割缝捕捉时测宽传感器与切割缝之间的高度、相对位置关系一致，减少测量误差。

作为优选，所述激光头外还设置有保护罩，所述测宽传感器设置于所述保护罩内，所述保护罩上开设有供测宽传感器探测端收发信号的窗口。

通过这样设置，保护罩能对测宽传感器进行防护，设置窗口便于测宽传感器的探测端收发信号，结构简单。

作为优选，所述窗口处设置有透明的防尘闸板。

通过这样设置，设置防尘闸板对窗口进行封闭，从而有利于对测宽传感器进行防尘防护，减少测宽传感器工作时受环境因素的干扰。

作为优选，所述驱动组件包括驱动电机、驱动丝杆，所述驱动电机上还连接有编码器，所述驱动电机、所述编码器均与所述控制器电性连接，所述调焦镜片固定于一调节座上，所述调节座活动设置于所述激光头内，所述调节座上固定有一调焦螺母，所述调焦螺母与所述驱动丝杆螺纹连接，所述驱动电机与所述驱动丝杆连接，所述驱动丝杆的杆身方向与所述调焦镜片移动方向平行。

通过这样设置，编码器能对驱动电机转动圈数、角度信息进行实时检测并向控制器反馈，有利于后续实现闭环控制驱动电机，而在驱动时，通过驱动电机驱动驱动丝杆转动，进而使调焦螺母沿驱动丝杆的杆身方向移动，驱动调节座以及与调节座固定的调焦镜片移动，达到调焦的目的。

作为优选，所述驱动组件包括驱动伸缩杆，所述驱动伸缩杆为电动伸缩杆，所述电动伸缩杆上连接有直线位移传感器，所述直线位移传感器与所述控制器电性连接，所述调焦镜片固定于一调节座上，所述调节座活动设置于所述激光头内，所述驱动伸缩杆的伸缩端与所述调节座固定，所述驱动伸缩杆沿所述调焦镜片的移动方向设置。

通过这样设置，作为另一种实施方式，驱动组件为驱动伸缩杆，通过驱动伸缩杆的伸缩带动调节座移动，进而调整调焦镜片与固定镜片之间的间距，实现调焦，而设置直线位移传感器能实时驱动伸缩杆的位置进行测量并向控制器反馈，便于实现闭环控制，达到精确控制的目的。

作为优选，所述激光头设置有供所述调节座移动的移动滑轨，所述移动滑轨的两端各设置一限位块。

通过这样设置，调节座沿移动滑轨移动，在移动滑轨的两端各设置限位块，对调焦镜片进行限位，防止调焦镜片过渡调节出现调焦镜片与固定镜片或激光头内其他部件相撞的可能。

作为优选，两端的所述限位块相向的一面上设置有接近开关，所述接近开关与所述控制器电性连接。

通过这样设置，限位块设置为柔性块，缓冲调节座与限位块可能出现的撞击，在限位块上设置接近开关，便于向控制器反馈极限位置信号，从而可以及时停止驱动件驱动调节座移动。

作为优选，所述限位块为柔性块。

作为优选，所述控制器为PLC或单片机。

相对于现有技术，本实用新型取得了有益的技术效果：

1、提出一种激光切割头零焦点校正装置，能对自动化调节不同焦点位置进行试验切割，并通过测宽传感器测量切割缝的宽度，经控制器对比得到最小的切缝，并以该切缝的对应的焦点位置作为零焦点，便于实现自动化校正零焦点，校正方便，提高校正的准确度。

2、将测宽传感器固定于激光头外，且使测宽传感器的检测位置位于激光头喷嘴下方1mm处，保证切割缝捕捉测量的统一性，有利于及时测量获取切割后产生的切割缝的宽度，提高校正效率。

3、设置保护罩对其进行防护，减少测宽传感器的损伤。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例1中激光头、驱动组件、测宽传感器的连接关系示意图；

图3是实施例3中的零焦点校正流程图；

图4是实施例3中按照默认零焦点切割所得的切割缝示意图；

图5是实施例3中零焦点校正后切割所得的切割缝示意图。

其中，各附图标记所指代的技术特征如下：

1、激光头；101、喷嘴；2、固定镜片；3、调焦镜片；4、调节座；401、移动滑轨；4011、限位块；5、驱动组件；501、驱动电机；502、驱动丝杆；503、调焦螺母；6、测宽传感器；7、控制器；8、保护罩；801、防尘闸板；9、板材；901、切割缝。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

实施例1

参考图1～2，本实施例公开了一种激光切割头零焦点校正装置，包括安装于激光头1内的固定镜片2和调焦镜片3，调焦镜片3活动设置于激光头1内且可远离或靠近固定镜片2，固定镜片2固定于激光头1内并靠喷嘴101的一端设置，调焦镜片3固定于一调节座4上，调节座4活动设置于激光头1内，激光头1内还设置有驱动调焦镜片3移动的驱动组件5。

本实施例中，驱动组件5包括驱动电机501、驱动丝杆502，驱动电机501上还连接有编码器(图中未示出)，驱动电机501、编码器均与控制器7电性连接，调节座4上固定有一调焦螺母503，调焦螺母503与驱动丝杆502螺纹连接，驱动电机501与驱动丝杆502连接，驱动丝杆502的杆身方向与调焦镜片3移动方向平行。

激光头1外设置有测宽传感器6，测宽传感器6的探测位置位于激光头1喷嘴101下方1mm处，测宽传感器6连接有控制器7，测宽传感器6与控制器7电性连接，控制器7控制驱动组件5动作。

本实施例中，控制器7为PLC，在其他实施例中还可以是单片机或常规的工控机。

本实施例中，测宽传感器6采用基恩士高精度2D激光位移传感器，型号可选用LJ-G080或LJ-G200，测量精度在50微米以内即可满足要求。

由于基恩士高精度2D激光位移传感器自带了测宽算法程序，PLC仅需对其传输的数据解码即可获取切割缝901的宽度信息。

基恩士高精度2D激光位移传感器的工作原理为现有技术，具体可参考其产品使用说明书，在此不再赘述。

测宽传感器6固定于激光头1外。

激光头1外还设置有保护罩8，测宽传感器6设置于保护罩8内，保护罩8上开设有供测宽传感器6探测端收发信号的窗口(图中未标注)。

窗口处设置有透明的防尘闸板801。

激光头1设置有供调节座4移动的移动滑轨401，移动滑轨401的两端各设置一限位块4011。

限位块4011为柔性块，两端的限位块4011相向的一面上设置有接近开关(图中未示出)，接近开关与控制器7电性连接。

实施例2

本实施例公开了另一种激光切割头零焦点校正装置，基于实施例1，本实施例与实施例1区别的地方在于：

驱动组件包括驱动伸缩杆，驱动伸缩杆为电动伸缩杆，电动伸缩杆上连接有直线位移传感器，直线位移传感器与控制器电性连接，调焦镜片固定于一调节座上，调节座活动设置于激光头内，驱动伸缩杆的伸缩端与调节座固定，述驱动伸缩杆沿调焦镜片的移动方向设置。

实施例3

参考图1、图3，本实施例公开了一种激光切割头零焦点的校正方法，运用上述实施例的激光切割头零焦点校正装置，包括以下步骤：

S1：激光头1在板材9上方1mm，按照梯度选择焦点位置，在试验切割的板材9上切割出多道切割缝901；

S2：通过测宽传感器6捕捉并测量切割所得的切割缝901的宽度；

S3：通过控制器7接收并解码得到各个焦点位置的切割缝901宽度信息；

S4：通过控制器7找到最小的缝宽值，并查询对应最小缝宽的焦点位置，以该焦点位置作为零焦点位。

进一步地，本实施例中，在步骤S1中，以默认零焦点位作为基准，通过驱动组件5驱动调焦镜片3正向移动靠近固定镜片2、反向移动背离固定镜片2，调焦镜片3每移动1mm向控制器7反馈一位置信息并使激光头1切割一条切割缝901。

参考图4，FP(focus position)，指焦点位置，单位为mm，PLC以默认的零焦点(即P0所指的位置)以1mm的梯度切割直线，其中缝隙宽度最小处为“FP-2”处，即P1所指的位置；

根据上述校正流程后，PLC对零焦点进行调整，切割所得结果如图5所示。

需要指出的是，本实施例中，试验采用切直线的方式，在其他实施例中，还可以采用切圆的方式，通过选出切出最小直径的圆也能找出零焦点位，其原理与上述类似，不再赘述。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种激光切割头零焦点校正装置，包括安装于激光头(1)内的固定镜片(2)和调焦镜片(3)，所述调焦镜片(3)活动设置于所述激光头(1)内且可远离或靠近所述固定镜片(2)，其特征在于，所述激光头(1)内还设置有驱动所述调焦镜片(3)移动的驱动组件(5)，所述激光头(1)外设置有测宽传感器(6)，所述测宽传感器(6)的探测位置位于所述激光头(1)喷嘴(101)下方1mm处，所述测宽传感器(6)连接有控制器(7)，所述测宽传感器(6)与所述控制器(7)电性连接，且所述控制器(7)控制所述驱动组件(5)动作。

2.根据权利要求1所述的激光切割头零焦点校正装置，其特征在于，所述测宽传感器(6)固定于所述激光头(1)外。

3.根据权利要求2所述的激光切割头零焦点校正装置，其特征在于，所述激光头(1)外还设置有保护罩(8)，所述测宽传感器(6)设置于所述保护罩(8)内，所述保护罩(8)上开设有供测宽传感器(6)探测端收发信号的窗口。

4.根据权利要求3所述的激光切割头零焦点校正装置，其特征在于，所述窗口处设置有透明的防尘闸板(801)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的激光切割头零焦点校正装置，其特征在于，所述驱动组件(5)包括驱动电机(501)、驱动丝杆(502)，所述驱动电机(501)上还连接有编码器，所述驱动电机(501)、所述编码器均与所述控制器(7)电性连接，所述调焦镜片(3)固定于一调节座(4)上，所述调节座(4)活动设置于所述激光头(1)内，所述调节座(4)上固定有一调焦螺母(503)，所述调焦螺母(503)与所述驱动丝杆(502)螺纹连接，所述驱动电机(501)与所述驱动丝杆(502)连接，所述驱动丝杆(502)的杆身方向与所述调焦镜片(3)移动方向平行。

6.根据权利要求1-4任一项所述的激光切割头零焦点校正装置，其特征在于，所述驱动组件(5)包括驱动伸缩杆，所述驱动伸缩杆为电动伸缩杆，所述电动伸缩杆上连接有直线位移传感器，所述直线位移传感器与所述控制器(7)电性连接，所述调焦镜片(3)固定于一调节座(4)上，所述调节座(4)活动设置于所述激光头(1)内，所述驱动伸缩杆的伸缩端与所述调节座(4)固定，所述驱动伸缩杆沿所述调焦镜片(3)的移动方向设置。

7.根据权利要求5所述的激光切割头零焦点校正装置，其特征在于，所述激光头(1)设置有供所述调节座(4)移动的移动滑轨(401)，所述移动滑轨(401)的两端各设置一限位块(4011)。

8.根据权利要求7所述的激光切割头零焦点校正装置，其特征在于，两端的所述限位块(4011)相向的一面上设置有接近开关，所述接近开关与所述控制器(7)电性连接。

9.根据权利要求7或8所述的激光切割头零焦点校正装置，其特征在于，所述限位块(4011)为柔性块。

10.根据权利要求1、2、3、4、7或8所述的激光切割头零焦点校正装置，其特征在于，所述控制器为PLC或单片机。

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