[发明专利]可变光斑激光切割头装置

说明书

本发明涉及一种可变光斑激光切割头装置，包括激光器光纤输出头、激光器光纤输出头耦合器、整体光学系统支撑固定框架、第一光学系统保护镜、变斑调节镜组、调焦镜组、聚焦镜组、第二光学系统保护镜、第三光学系统保护镜、切割气体导向组件、切割喷嘴、变斑镜组驱动机构、调焦镜组驱动机构，所述的激光器光纤输出头耦合器、第一光学系统保护镜、变斑调节镜组、调焦镜组、聚焦镜组、第二光学系统保护镜、第三光学系统保护镜、切割气体导向组件、切割喷嘴的中心轴线理论上在同一直线上。采用了本发明的可变光斑激光切割头装置，提高激光切割材料的隔缝质量和精度，解决现有的移动准直镜的光斑变化范围小的问题，实现对光斑大小以及焦点位置进行调节。

技术领域

本发明涉及激光切割工艺与设备技术领域，尤其涉及热切割领域，具体是指一种可变光斑激光切割头装置。

背景技术

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射处的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助于光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现隔开工件的一种热切割方法。激光切割区原理如参考文献1所示，(参考文献1：叶建斌，戴春祥.激光切割技术[M]上海：上海科学技术出版社，2012.7)。

如上述的激光切割原理中，对聚焦在工件表面的光斑特性，包括光斑直径、焦点深度如下图所示的控制就尤其关键。具体的参数近似关系为：

为了后续对整个硬件环境有更好的理解，现对激光切割头硬件做简单描述。如图1所示，激光切割头硬件包括激光器光纤输出头、光束准直镜片、光束聚焦镜片、激光器发生器产生的激光束以及加工工件。激光器光纤输出头将激光发生器产生的激光束以发散的形式发射照射至光束准直镜片，光束准直镜片对发散的光束举行准直合拢，光束聚焦镜片对准直合拢后的光束进行汇聚，然后照射至工件表面。(参考文献2：金岡優.图解激光加工实用技术[M]北京：冶金工业出版社，2013.9)

如上所述，对光斑特性和Z_d进行控制，现有常见的方式有2种，分别如图2和图3所示。图2为聚焦镜调焦方式，图3为准直镜调焦方式。

如图2所示，通过对聚焦镜组的位置进行调整，使光斑焦点相对工件表面发生上下偏离，从而改善加工条件。这种光斑控制方法，实质上并未改变所述的光斑特性和Z_d。在实际应用过程中，针对不同范围的板厚工件，会出现使用短焦距的镜片，切割厚度大的板材隔缝坡口斜度大或者使用长焦距的镜片，切割薄板材，割缝会偏宽的问题。

如图3所示，是通过对准直镜的位置进行调整，使光斑焦点相对工件表面上下偏离，同时对光斑的直径及焦点深度产生了微小变化。这种光斑控制方法同样存在与图2的方法类似的问题，虽然这种方法能在一定程度上改变光斑直径和焦点深度Z_d，然而其产生的变化仅对光斑直径进行1.2～2倍的放大。(参考文献2：http://www.empower.cn/RTqgt/20181029210.html)

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足光斑变化范围大、加工效果好、适用范围广泛的可变光斑激光切割头装置。

为了实现上述目的，本发明的可变光斑激光切割头装置如下：