[發明專利]一種激光光束可調的激光切割頭及其控制方法

在審

• 申請號: 201710565614.8
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107350619A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 何鑫鋒;唐曄
• 申請（專利權）人: 上海柏楚電子科技有限公司
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046;B23K26/064;B23K26/38
• 代理公司: 北京連城創新知識產權代理有限公司11254
• 代理人: 王雯婷,方燕娜

技術領域

本發明涉及激光加工領域，具體的說是一種激光光束可調的激光切割頭及其控制方法。

背景技術

在激光切割加工應用過程中，切割頭的主要作用是將高能激光聚焦形成一個特定的光斑，并將該光斑移動到工件上一個特定的位置， 以實現對工件材料的切割加工。為實行對工件高效、高質量的加工，必須精準的控制最終聚焦光斑的大小和相對應的焦點位置。為此，在激光在切割板材過程中，切割相對比較厚的工件，高質量的切割就需要使聚焦到板材上的聚焦光斑有一個較大的直徑，并將焦點位置調控到特定的位置。但是，在加工薄板工件時，就需要對聚焦到工件上的參數進行從新設定，也以完成對薄板的高質量加工。

專利US4705367，DE112007001994B4、US20130044371A1和DE102008048502A1已公開用于調節激光光束的方法來實現對不同工件高效的加工。

從US4705367已知—種用于光束調節的方案，該方案具有三個光學元件，其中一個光學元件由電機進行驅動，由電機驅動調節聚焦光斑的焦點位置，調節焦點位置時聚焦光斑大小不變，但該方案無法調節聚焦光斑的大小。

專利DE102008048502A1公開另一種方案，該方案中有兩個電機驅動兩個光學元件，兩個鏡片作特定的曲線運動實現對聚焦焦點位置的調控。電機運動控制運動過程較為復雜，并且方案中也沒有調節光斑大小的方法。

專利文獻DE112007001994B4也公開一種方案，該方案中有一個電機驅動單個光學元件，并由此調節聚焦光斑的焦點位置，調節焦點位置時聚焦光斑大小不變，但該方案也無法調節聚焦光斑的大小。

專利US20130044371A1公開一種簡單的方案，該方案中只有三個光學元器件，但是在這個方案中，調節聚焦光斑焦點位置同時會改變光斑直徑的大小， 另外該方案中內部有一個光學實焦點，在高功率激光情況下，該點能量易于能量聚集，進而影響設備的工作。

發明內容

本發明為克服現有技術的不足，設計一種激光光束可調的激光切割頭及其控制方法，通過兩個電機調節光學元器件位置方案以實現對聚焦光斑直徑大小和焦點位置的調控。

為實現上述目的，設計一種激光光束可調的激光切割頭及其控制方法，包括外殼，其特征在于：所述外殼內從上至下依次嵌設有激光發射裝置、第一光學元器件、第二光學元器件、第三光學元器件、第四光學元器件、第五光學元器件和保護鏡片，所述激光發射裝置豎直嵌設在外殼的頂部，第一光學元器件、第四光學元器件、第五光學元器件和保護鏡片分別通過左右兩側連接桿固定外殼的內側壁上，所述第二光學元器件的一側通過連接裝置連接第一電機，第三光學元器件的一側通過另一連接裝置連接第二電機，所述第一電機和第二電機連接電機控制系統并由電機控制系統統一控制第一電機和第二電機；

控制方法包括如下步驟：1）S1，激光發射裝置出射第一光束，第一光束經過第一光學元器件后匯聚成為相同直徑的平行的第二光束；2）S2，第二光束依次通過第二光學元器件和第三光學元器件后形成不同角度的聚焦的第四光束；3）S3，不同角度的聚焦的第四光束依次經過第四光學元器件和第五光學元器件匯聚后最終聚焦形成相對應的不同光斑直徑的光斑；4）S4，通過不同光斑直徑的光斑，并且由第二光學元器件和第三光學元器件來調控焦點的位置和光斑直徑，用以加工不同類型的工件。

所述第一光學元器件為正透鏡。

所述第二光學元器件為負透鏡。

所述第三光學元器件為正透鏡。

所述第四光學元器件為正透鏡。

所述第五光學元器件為負透鏡。

所述步驟2中包括如下步驟：1第二光束經過第二光學元器件后形成發散的第三光束；2第三光束經過第三光學元器件后形成匯聚的第四光束。

所述步驟3中第四光束依次經過第四光學元器件、第五光學元器件和保護鏡片后形成匯聚的第五光束，第五光束匯聚形成光斑。

所述步驟4中調控焦點的位置包括如下步驟：1）第一電機驅動第二光學元器件沿光軸豎直方向運動一定距離后；2）第二電機將驅動第三光學元器件運動特定距離，使第四光束經過第三光學元器件后匯聚形成一個特定角度的匯聚光。

所述第二電機驅動第三光學元器件運動的距離由第一電機驅動第二光學元器件運動的距離決定。

本發明同現有技術相比，結構簡單，使用方便；通過電機同時調節第二光學元器件和第三光學元器件的位置，可以控制聚焦光斑的焦點位置，并且可以保持光斑直徑大小不變。

附圖說明

圖1為本發明中調控裝置在殼體內集成的結構示意圖。