專利名稱：數控激光切割機的光程調整裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及數控激光切割機，尤其涉及數控激光切割機光路裝置的設計與改進。
背景技術：
激光切割機在切割過程中，激光光束聚焦成一個很小的光點，使焦點處達到很高的功率密度。這時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分，材料很快被加熱到熔化及汽化溫度，與此同時一股高速氣流從同軸或非同軸向將熔化及汽化了的材料由材料下部吹出。隨著光束與材料的相對移動，使孔洞形成寬度很窄的切縫分割材料。
目前，用于民用的激光發生器由于成本原因，所發出的激光束具有一定的發散角，使整體光束在空間呈"錐形"。當"錐形"的高度改變時(相當于激光切割機光路長度改變)，聚焦鏡表面的光束的橫截面面積也隨之改變。此外，光具有波的性質，因此不可避免地會出現衍射現象，該現象存在于所有的光學系統中，能夠決定這些系統在性能方面的理論限值。衍射會使光束在傳播過程中發生橫向擴展。如果在對某個準直激光光束進行聚焦時使用的是一個"理想"透鏡，那么光斑的大小將只受衍射作用的影響。(關系式——其中叫'為
咖
焦點處光斑半徑，義為波長，/為透鏡焦距，W為光束在透鏡上的光
3斑半徑)
從上述可以看出，光束直徑的變化是引發光斑直徑變化的主要因
素，當激光切割機上安裝切割頭的橫梁作X向運動，同時z軸系統作Y向運動時，切割頭在XOY平面作任意曲線運動，因此由激光發生器至激光頭聚焦透鏡的光路長度會發生變化，由于民用激光發生器所發出的激光存在一定的發散角，也就是說，當光路長度變化時，作用在透鏡表面的光束直徑在變化，這就會引起光斑大小的變化。如果光斑的尺寸在連續加工中發生變化的話，必然會對加工產生很大影響，比如，會造成切割縫寬度不一致、在相同切割功率下會割不透或燒蝕板材等現象。
現有技術中，針對以上問題，主要有三種方式
一是平行光管這是一種常用的方法，即在C02激光器的輸出端
加一平行光管進行擴束處理，擴束后的光束直徑變大，發散角變小，
使在切割工作范圍內近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致；
二是在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸，它與控制噴嘴到
材料表面距離的Z軸是兩個相互獨立的部分；當機床工作臺移動或光
軸移動時，光束從近端到遠端F軸也同時移動，使光束聚焦后光斑直
徑在整個加工區域內保持一致；
三是控制聚焦鏡(一般為金屬反射聚焦系統)的水壓。若聚焦前
光束尺寸變小而使焦點光斑直徑變大時，自動控制水壓改變聚焦曲率
使焦點光斑直徑變小。
以上三種方式結構復雜，應用難度大，成本極高。
實用新型內容
本實用新型針對以上問題，提供了一種結構簡單、成本低的能在連續加工中確保光斑面積不變；同時，根據不同的切割縫寬度要求，又能改變切割光斑面積的數控激光切割機的光程調整裝置。
本實用新型的技術方案是包括激光發生器、利用透鏡在工件表面形成切割激光光斑的切割頭、連接激光發生器與切割頭的傳導光路、橫梁導軌以及控制器，它還設有等光程裝置以及等光程裝置的長度補償裝置；等光程裝置包括由伺服電機驅動的小車、設置在小車上的至少一個補償反射鏡，伺服電機連接控制器，補償反射鏡迂折地設置在傳導光路中，傳導光路中設有與之適配的發射反射鏡、接收反射鏡；等光程長度補償裝置包括小車行走路徑上的長度大于橫梁導軌的軌道。
所述的小車行走路徑上的軌道采用橫梁導軌；橫梁導軌末端設有加長導軌，所述的加長導軌與橫梁導軌無斷點連接且橫截面一致；所述的小車與橫梁導軌、加長導軌相連。
所述的小車行走路徑上的軌道為與橫梁導軌平行的小車軌道。所述的小車同時與小車軌道、帶有加長導軌的橫梁導軌相連。所述的控制器中包括存儲有根據加工要求指令等光程裝置改變
初始位置從而通過改變光路長度進而改變切割光斑面積的程序的存儲器。
本實用新型在激光的傳導光路上設置了一個等光程裝置，當切割頭位置移動時，補償由移動而造成的相對于切割頭原點(0， 0)光路長度的變化；進而實現在連續切割加工中，落在板料表面上的光斑面積為一恒定值。該等光程裝置由控制器控制，控制器檢測到切割頭相對于原點位置移動后，根據控制器中存儲的具有函數關系的程序，計算出等光程裝置在S方向應該移動多少量，以使切割頭在(0， 0) (a， b)點間任一點時，由激光發生器到切割頭的光路長度都一致。
當有不同加工需要時，比如切割不銹鋼薄板與低碳鋼厚板，需要不同的光斑面積、行走速度，此時，可以通過控制器改變等光程裝置的初始位置，通過初始位置的變化來改變光路長度，進而改變透鏡表面光束直徑，最終改變光斑面積，以滿足不同加工需要。等光程裝置的運行長度會大于機身長度，因此，本實用新型延長了等光程裝置的運行路徑，以確保對光程的補償。


圖1是本實用新型的結構示意圖
圖中1是橫梁，2是切割頭，3是Z軸部件，4是接收反射鏡，5是發射反射鏡，6是初始光路，7是補償反射鏡一，8是補償反射鏡二， 9是小車，IO是中間光路，ll是小車軌道，12是橫梁軌道，13是中間切割點，14是板料，15是激光發生器，16是加長導軌。
具體實施方式
本實用新型如圖2所示，包括激光發生器15、利用透鏡在工件表面形成切割激光光斑的切割頭2、連接激光發生器15與切割頭2的傳導光路、橫梁導軌12以及控制器，它還設有等光程裝置以及等光程裝置的長度補償裝置;等光程裝置包括由伺服電機驅動的小車9、設置在小車9上的至少一個補償反射鏡，伺服電機連接控制器，補償反射鏡迂折地設置在傳導光路中，傳導光路中設有與之適配的發射反射鏡5、接收反射鏡4;等光程長度補償裝置包括小車9行走路徑上的長度大于橫梁導軌12的軌道。控制器中包括存儲有根據加工要求指令等光程裝置運動從而通過改變光路長度進而改變切割光斑面積的程序的存儲器。
小車行走路徑上的軌道有三種實施方式， 一是直接采用橫梁導軌12;橫梁導軌12末端設有加長導軌16，加長導軌16與橫梁導軌12無斷點連接且橫截面一致;小車9與橫梁導軌12、加長導軌16相連。
二是小車行走路徑上的軌道為與橫梁導軌12平行的小車軌道11。
三是小車9同時與小車軌道11、帶有加長導軌16的橫梁導軌12相連。
本實用新型工作時，在原點(0， 0)位置激光發生器15到切割頭2之間的初始光路6 (圖中粗實線所示)的長度為L。加工中，橫梁1在X方向運動，橫梁1上的Z軸部件3在Y方向運動，行至板料14上的P (X,Y)點13，形成一中間光路IO (圖中粗虛線所示)。初始光路6與中間光路10的長度一致。從圖中可見初始位置時橫梁1與小車9之間的距離為M,中間位置時兩者間距離為N，兩者長度不同；當切割頭2在XOY平面作任意曲線運動時，小車9(等光程裝置)同時以特定的速度曲線作S向的運動，以此來保證光路長度L保持某一給定值，通過小車9在S方向的運動實現了原點與P點之間光路長度的補償。
權利要求1、數控激光切割機的光程調整裝置，包括激光發生器、利用透鏡在工件表面形成切割激光光斑的切割頭、連接激光發生器與切割頭的傳導光路、橫梁導軌以及控制器，其特征在于，它還設有等光程裝置以及等光程裝置的長度補償裝置；等光程裝置包括由伺服電機驅動的小車、設置在小車上的至少一個補償反射鏡，伺服電機連接控制器，補償反射鏡迂折地設置在傳導光路中，傳導光路中設有與之適配的發射反射鏡、接收反射鏡；等光程長度補償裝置包括小車行走路徑上的長度大于橫梁導軌的軌道。
2、 根據權利要求1所述的數控激光切割機的光程調整裝置，其 特征在于，所述的小車行走路徑上的軌道采用橫梁導軌；橫梁導軌末 端設有加長導軌，所述的加長導軌與橫梁導軌無斷點連接且橫截面一 致；所述的小車與橫梁導軌、加長導軌相連。
3、 根據權利要求1所述的數控激光切割機的光程調整裝置，其 特征在于，所述的小車行走路徑上的軌道為與橫梁導軌平行的小車軌 道。
4、 根據權利要求3所述的數控激光切割機的光程調整裝置，其 特征在于，所述的小車同時與小車軌道、帶有加長導軌的橫梁導軌相 連。
5、 根據權利要求l、 2、 3或4所述的數控激光切割機的光程調 整裝置，其特征在于，所述的控制器中包括存儲有根據加工要求指令 等光程裝置改變初始位置從而通過改變光路長度進而改變切割光斑 面積的程序的存儲器。
專利摘要數控激光切割機的光程調整裝置。涉及數控激光切割機。包括激光發生器、利用透鏡在工件表面形成切割激光光斑的切割頭、連接激光發生器與切割頭的傳導光路、橫梁導軌以及控制器，其特征在于，它還設有等光程裝置以及等光程裝置的長度補償裝置；等光程裝置包括由伺服電機驅動的小車、設置在小車上的至少一個補償反射鏡，伺服電機連接控制器，補償反射鏡迂折地設置在傳導光路中，傳導光路中設有與之適配的發射反射鏡、接收反射鏡；等光程長度補償裝置包括小車行走路徑上的長度大于橫梁導軌的軌道。本實用新型能使切割頭在(0，0)～(a，b)點間任一點時，由激光發生器到切割頭的光路長度都一致。
文檔編號B23K26/38GK201271787SQ200820161110
公開日2009年7月15日 申請日期2008年10月18日 優先權日2008年10月18日
發明者周鵬飛, 超 洪, 翟東升, 耿天順, 胡金龍 申請人:江蘇揚力數控機床有限公司