[发明专利]一种激光光束可调的激光切割头及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体的说是一种激光光束可调的激光切割头及其控制方法。

背景技术

在激光切割加工应用过程中，切割头的主要作用是将高能激光聚焦形成一个特定的光斑，并将该光斑移动到工件上一个特定的位置， 以实现对工件材料的切割加工。为实行对工件高效、高质量的加工，必须精准的控制最终聚焦光斑的大小和相对应的焦点位置。为此，在激光在切割板材过程中，切割相对比较厚的工件，高质量的切割就需要使聚焦到板材上的聚焦光斑有一个较大的直径，并将焦点位置调控到特定的位置。但是，在加工薄板工件时，就需要对聚焦到工件上的参数进行从新设定，也以完成对薄板的高质量加工。

专利US4705367，DE112007001994B4、US20130044371A1和DE102008048502A1已公开用于调节激光光束的方法来实现对不同工件高效的加工。

从US4705367已知—种用于光束调节的方案，该方案具有三个光学元件，其中一个光学元件由电机进行驱动，由电机驱动调节聚焦光斑的焦点位置，调节焦点位置时聚焦光斑大小不变，但该方案无法调节聚焦光斑的大小。

专利DE102008048502A1公开另一种方案，该方案中有两个电机驱动两个光学元件，两个镜片作特定的曲线运动实现对聚焦焦点位置的调控。电机运动控制运动过程较为复杂，并且方案中也没有调节光斑大小的方法。

专利文献DE112007001994B4也公开一种方案，该方案中有一个电机驱动单个光学元件，并由此调节聚焦光斑的焦点位置，调节焦点位置时聚焦光斑大小不变，但该方案也无法调节聚焦光斑的大小。

专利US20130044371A1公开一种简单的方案，该方案中只有三个光学元器件，但是在这个方案中，调节聚焦光斑焦点位置同时会改变光斑直径的大小， 另外该方案中内部有一个光学实焦点，在高功率激光情况下，该点能量易于能量聚集，进而影响设备的工作。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，设计一种激光光束可调的激光切割头及其控制方法，通过两个电机调节光学元器件位置方案以实现对聚焦光斑直径大小和焦点位置的调控。

为实现上述目的，设计一种激光光束可调的激光切割头及其控制方法，包括外壳，其特征在于：所述外壳内从上至下依次嵌设有激光发射装置、第一光学元器件、第二光学元器件、第三光学元器件、第四光学元器件、第五光学元器件和保护镜片，所述激光发射装置竖直嵌设在外壳的顶部，第一光学元器件、第四光学元器件、第五光学元器件和保护镜片分别通过左右两侧连接杆固定外壳的内侧壁上，所述第二光学元器件的一侧通过连接装置连接第一电机，第三光学元器件的一侧通过另一连接装置连接第二电机，所述第一电机和第二电机连接电机控制系统并由电机控制系统统一控制第一电机和第二电机；

控制方法包括如下步骤：1）S1，激光发射装置出射第一光束，第一光束经过第一光学元器件后汇聚成为相同直径的平行的第二光束；2）S2，第二光束依次通过第二光学元器件和第三光学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经过第四光学元器件和第五光学元器件汇聚后最终聚焦形成相对应的不同光斑直径的光斑；4）S4，通过不同光斑直径的光斑，并且由第二光学元器件和第三光学元器件来调控焦点的位置和光斑直径，用以加工不同类型的工件。

所述第一光学元器件为正透镜。

所述第二光学元器件为负透镜。

所述第三光学元器件为正透镜。

所述第四光学元器件为正透镜。

所述第五光学元器件为负透镜。

所述步骤2中包括如下步骤：1第二光束经过第二光学元器件后形成发散的第三光束；2第三光束经过第三光学元器件后形成汇聚的第四光束。

所述步骤3中第四光束依次经过第四光学元器件、第五光学元器件和保护镜片后形成汇聚的第五光束，第五光束汇聚形成光斑。

所述步骤4中调控焦点的位置包括如下步骤：1）第一电机驱动第二光学元器件沿光轴竖直方向运动一定距离后；2）第二电机将驱动第三光学元器件运动特定距离，使第四光束经过第三光学元器件后汇聚形成一个特定角度的汇聚光。

所述第二电机驱动第三光学元器件运动的距离由第一电机驱动第二光学元器件运动的距离决定。

本发明同现有技术相比，结构简单，使用方便；通过电机同时调节第二光学元器件和第三光学元器件的位置，可以控制聚焦光斑的焦点位置，并且可以保持光斑直径大小不变。

附图说明

图1为本发明中调控装置在壳体内集成的结构示意图。