[發(fā)明專利]用于激光加工的Z軸彈性定距隨動系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110110108.2
• 申請日: 2011-04-28
• 公開（公告）號: CN102179623A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉輝;石敏;陳和平;陳曉泉;盧治;孟麗;金彥
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工研光學科學技術(shù)有限責任公司
• 主分類號: B23K26/08
• 分類號: B23K26/08
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮(zhèn)西;孫海英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非接觸加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種用于激光加工的Z軸彈性定距隨動系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在非接觸加工領(lǐng)域，如利用激光進行切割加工的過程中，激光束的聚焦點應(yīng)位于被加工件表面。一旦出現(xiàn)離焦現(xiàn)象，即激光束的聚焦點相對被加工件表面發(fā)生偏移，將極大地損失激光加工功率密度，且其衰減曲線呈幾何級數(shù)變化。因此，保證激光束的聚焦點位于被加工件表面，也就是使激光頭相對被加工件表面的距離保持恒定是激光切割加工的關(guān)鍵技術(shù)。

為了保證激光束的聚焦點位于被加工件表面，現(xiàn)有技術(shù)的Z軸隨動系統(tǒng)以被加工件表面作為X-Y平面，以懸置于所述被加工件表面上方的激光頭作為Z軸，在加工過程中，激光頭，也就是Z軸隨著被加工件表面的起伏而作同步上升或下降動作，以確保激光頭相對被加工件表面的距離保持恒定。

目前，大功率高速激光切割機的Z軸隨動系統(tǒng)大多采用非接觸式電容傳感器隨動系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過電容傳感器的電容測量激光頭相對被加工件表面的距離，產(chǎn)生距離信號，距離信號經(jīng)處理后反饋給執(zhí)行電機，由執(zhí)行電機控制激光頭的上升或下降，實現(xiàn)其隨動功能。非接觸式電容傳感器隨動系統(tǒng)的不足之處在于：由于受到被加工件表面切割路徑的不規(guī)則以及電容傳感器連接電路質(zhì)量的影響，執(zhí)行電機控制激光頭相對被加工件表面的距離不夠精確，存在激光頭與被加工件碰撞的危險，甚至損壞激光頭，造成重大經(jīng)濟損失。此外，由于需要對電容傳感器產(chǎn)生的距離信號進行處理，再根據(jù)經(jīng)處理的距離信號控制激光頭上升或下降，信號處理過程存在響應(yīng)滯后效應(yīng)，因此激光頭的上升或下降會有一定的延時。再者，非接觸式電容傳感器隨動系統(tǒng)只適用于被加工件為金屬件的情況，對于非金屬件的切割則無法實現(xiàn)測距功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是要提供一種用于激光加工的Z軸彈性定距隨動系統(tǒng)。其在激光加工過程中可使激光頭相對工件表面的距離保持恒定，從而保證激光束的聚焦點位于工件表面。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的用于激光加工的Z軸彈性定距隨動系統(tǒng)，包括激光加工設(shè)備的激光頭、以及驅(qū)動所述激光頭作垂直升降運動的Z軸執(zhí)行機構(gòu)。所述Z軸執(zhí)行機構(gòu)的執(zhí)行端連接有支架，所述支架上設(shè)置有垂直布置的固定導套、上限位開關(guān)和下限位開關(guān)；所述固定導套的內(nèi)腔中設(shè)置有滑動導套，所述滑動導套的下端延伸出固定導套之外，所述固定導套的下端設(shè)置有與滑動導套上端凸緣抵接配合的防脫蓋。所述滑動導套的下端設(shè)置有連接法蘭，所述連接法蘭與防脫蓋之間的滑動導套外周套裝有復位彈簧。所述連接法蘭上設(shè)置有上限位桿和下限位桿，所述上限位桿的觸碰端與所述上限位開關(guān)的位置對應(yīng)，所述下限位桿的觸碰端與所述下限位開關(guān)的位置對應(yīng)。所述激光頭固定安裝在所述連接法蘭的下方且對準被加工件，所述連接法蘭的下方還固定設(shè)置有至少一個可在被加工件表面移動的萬向滾動球頭，所述激光頭的出光口與所述萬向滾動球頭的下端點之間保持有恒定的垂直間距，從而使激光頭所發(fā)射的激光束始終聚焦到被加工件表面。

進一步地，所述Z軸執(zhí)行機構(gòu)包括固定機架，所述固定機架上設(shè)置有與驅(qū)動電機相連的滾珠絲杠，所述滾珠絲杠上設(shè)置與其移動配合的滾珠螺母，所述滾珠螺母與支架相連。

再進一步地，所述支架為L型支架，所述L型支架的垂直面通過連接件與所述滾珠螺母固定連接，所述L型支架的水平面與所述固定導套固定連接。

更進一步地，所述連接法蘭上至少設(shè)置有一根垂直布置的導向桿，所述固定導套上設(shè)置有與所述導向桿滑動配合的導向孔，保證激光頭在垂直方向上下彈性浮動時不晃動。

更進一步地，所述萬向滾動球頭的設(shè)置數(shù)量為2～4個，優(yōu)選數(shù)量為3個，均勻布置在以所述激光頭為圓心的圓周上，這樣，可確保其與被加工件表面穩(wěn)定可靠地接觸。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：所設(shè)計的萬向滾動球頭在加工過程中始終與被加工件抵接，所設(shè)計的滑動導套可在固定導套中自由滑動，通過設(shè)置在連接法蘭和防脫蓋之間的復位彈簧的復位作用，能在規(guī)定范圍內(nèi)實現(xiàn)激光頭的彈性浮動，一旦超過規(guī)定范圍即通過限位開關(guān)控制驅(qū)動電機實現(xiàn)激光頭的快速升降。由于激光頭的出光口與所述萬向滾動球頭的下端點之間保持有恒定的垂直間距，既可避免激光頭在加工過程中撞擊被加工件而損壞，又可保證激光束的聚焦點始終準確地聚集在被加工件的表面。并且，本發(fā)明無需電容傳感器等電器元件，無需對控制信號進行處理，定距過程中避免了響應(yīng)滯后效應(yīng)。此外，定距精度不受連接電路質(zhì)量的影響，可避免激光頭因電路問題發(fā)生誤碰撞。同時，本發(fā)明加工的工件材料不受限制，適于各種金屬材料以及非金屬材料加工，應(yīng)用范圍廣泛。

附圖說明

圖1為一種用于激光加工的Z軸彈性定距隨動系統(tǒng)的主視結(jié)構(gòu)示意圖。