一種激光切割系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光切割技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，特別涉及一種激光切割系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光由于其高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研、國防、工業(yè)等國民生產(chǎn)的重要方面。在工業(yè)領(lǐng)域，激光加工作為先進制造技術(shù)，具有高效、高精度、高質(zhì)量、范圍廣、節(jié)能環(huán)保并能實現(xiàn)柔性加工和超微細(xì)加工的優(yōu)點，在汽車、電子電路、電器、航空航天、鋼鐵冶金、機械制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，且在某些行業(yè)(例如汽車、電子行業(yè)等)已經(jīng)達(dá)到較高的水平。對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。
[0003]激光切割是激光加工中比較常見，應(yīng)用也比較廣泛的一種方式。隨著激光切割在各個領(lǐng)域的廣泛使用，各種材料的切割使用到了激光切割方式。隨著工業(yè)的發(fā)展，尤其是電子產(chǎn)品的小型化，對于加工材料的精密切割日漸成為激光切割的主要發(fā)展方向。精密激光切割屬于材料的微細(xì)加工范疇，需達(dá)到高精度、準(zhǔn)確、迅速、自動化的加工方式，在精密激光切割中，氣嘴與被切割材料表面的相對位置決定了切割斷面質(zhì)量及最佳切割速度。切割時，需要維持氣嘴到工件表面的相對高度一致。對于材料厚薄不均勻、表面起伏不平的材料，普通的激光切割機不能夠準(zhǔn)確的對焦，造成切割質(zhì)量下降，而且不能獲得最佳的切割速度。
[0004]為了維持在切割過程中，氣嘴與材料表面的相對高度一致，采用在氣嘴上使用電容調(diào)高器進行調(diào)節(jié)及控制，即在氣嘴上安裝電容調(diào)高器，電容調(diào)高器和待切割的金屬材料之間形成電容，通過檢測兩者形成的電容的大小，來調(diào)節(jié)Z軸的高度，從而維持氣嘴和待切割材料之間的高度差恒定。但是使用電容調(diào)高器僅僅能夠在切割金屬時起作用，電容調(diào)高器在切割非金屬時，因為形成的電容非常小，難以檢測及控制，所以電容調(diào)高器無法用于非金屬材料。
[0005]在切割中，為了提高切割質(zhì)量，控制切割過程以及監(jiān)視切割效果，需要對進行實時監(jiān)控。所以激光切割中有可能需要實時監(jiān)視、觀察待切割材料表面的裝置；
[0006]在激光切割中，為了清楚的實時觀察、監(jiān)視待切割材料表面，需要在待切割材料表面照射一定的光線，以便為實時觀察、監(jiān)視提供條件。所以激光切割中有可能需要為實時觀察、監(jiān)視提供照明。
[0007]激光切割中，還需要自動尋焦、調(diào)焦裝置，實時監(jiān)視、觀察裝置，照明裝置等，但是并非所以激光切割應(yīng)用都需要所有這些功能，所以考慮到成本問題、系統(tǒng)的復(fù)雜性，具體激光切割應(yīng)用的具體需要等，所以需要將這些功能進行模塊化，當(dāng)激光切割應(yīng)用需要某一功能時，具體的安裝對應(yīng)的裝置模塊，既能夠節(jié)省成本，又能夠降低系統(tǒng)復(fù)雜性以便實現(xiàn)。
[0008]目前激光切割普通使用激光切割頭，在目前的激光切割頭基礎(chǔ)上，實現(xiàn)添加這些功能模塊比較困難，所以需要改進光學(xué)系統(tǒng)的聚焦部分，以便各種裝置模塊完成其功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，提供一種激光切割系統(tǒng)，能夠觀察、檢測待加工材料表面的圖像，并能夠自動調(diào)整加工光束的焦點。
[0010]為了解決以上提出的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0011]一種激光切割系統(tǒng)，該切割系統(tǒng)包括激光光源組件、光學(xué)組件、三維運動組件和計算機，其中三維運動組件包括xy軸移動平臺和z軸移動平臺，xy軸移動平臺帶動待加工材料實現(xiàn)X、y方向移動，z軸移動平臺帶動光學(xué)組件實現(xiàn)z方向移動；
[0012]所述激光光源組件發(fā)射第一加工激光束，第一加工激光束經(jīng)過光學(xué)組件作用后，形成第二加工激光束和第三加工激光束聚焦在待加工材料上對其進行加工，第二加工激光束和第三加工激光束之間形成無激光束的第一區(qū)域；計算機分別與激光光源組件、光學(xué)組件、xy軸移動平臺和Z軸移動平臺連接。
[0013]所述切割系統(tǒng)還包括輔助氣體裝置，其設(shè)置在待加工材料和光學(xué)組件之間；輔助氣體裝置包括保護鏡片和氣嘴，氣嘴的上部側(cè)壁上加工有輔助氣體入口，氣嘴的頂部開口設(shè)置有保護鏡片，底部中心的孔與待加工材料位置相對應(yīng)。
[0014]所述激光光源組件包括激光器、濾光片、準(zhǔn)直擴束裝置和第一反射鏡，其中激光器發(fā)射第一加工激光束，經(jīng)過濾光片濾光后，到達(dá)準(zhǔn)直擴束裝置得到平行光束，并經(jīng)過第一反射鏡反射后進入光學(xué)組件。
[0015]所述光學(xué)組件包括第二反射鏡和聚焦鏡，第一加工激光束經(jīng)過第二反射鏡反射后到達(dá)聚焦鏡，并經(jīng)過聚焦鏡作用后形成第二加工激光束和第三加工激光束。
[0016]所述聚焦鏡的中心加工有通孔作為第二聚焦鏡區(qū)域，聚焦鏡上并位于通孔的兩側(cè)分別加工有弧面作為第一聚焦鏡單元和第三聚焦鏡單元，第一聚焦鏡單元和第三聚焦鏡單元均與第二反射鏡的位置相對應(yīng)，第二聚焦鏡區(qū)域同軸位于第一區(qū)域上方。
[0017]所述光學(xué)組件還包括特殊功能模塊，其同軸設(shè)置在第二聚焦鏡區(qū)域的上方，對待加工材料表面進行實時監(jiān)測、觀察、采集和照明。
[0018]所述特殊功能模塊采用實時監(jiān)測裝置，其包括電荷耦合器件和透鏡組；第一加工激光束被待切割材料表面反射形成成像光束，成像光束穿過第二聚焦鏡區(qū)域并經(jīng)過透鏡組透射聚焦后，到達(dá)電荷耦合器件，電荷耦合器件將接收到的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸出給計算機
[0019]所述特殊功能模塊還采用自動調(diào)焦裝置，實時監(jiān)測裝置還包括第一濾光片和第三反射鏡，成像光束透過第三反射鏡后到達(dá)透鏡組，透鏡組透射聚焦后的成像光束經(jīng)過第一濾光片濾光處理后到達(dá)電荷耦合器件；
[0020]所述自動調(diào)焦裝置包括探測光源、第一透鏡、第四反射鏡、第五反射鏡、第二透鏡、第二濾光片和采集光束接收器，探測光源發(fā)出探測光束，探測光束經(jīng)過第一透鏡透射后，被第四反射鏡反射后，經(jīng)過第五反射鏡透射后，被第三反射鏡反射，并穿過第二聚焦鏡區(qū)域至待加工材料表面；
[0021]待加工材料的表面將探測光束部分反射形成采集光束，采集光束穿過第二聚焦鏡區(qū)域，并依次被第三反射鏡、第五反射鏡反射后，經(jīng)過第二透鏡透射并經(jīng)過第二濾光片濾光處理后，聚焦在采集光束接收器表面，采集光束接收器將采集到信號傳輸給計算機。
[0022]所述特殊功能模塊還采用照明裝置，其包括照明光源和第三透鏡，照明光源發(fā)出照明光束，經(jīng)過第三透鏡透射后，并依次透過第四反射鏡和第五反射鏡，被第三反射鏡反射后，穿過第二聚焦鏡區(qū)域至待加工材料表面形成照明區(qū)域。
[0023]所述聚焦鏡采用兩片平面鏡作為第一聚焦鏡單元和第三聚焦鏡單元，兩者之間形成的區(qū)域作為第二聚焦鏡區(qū)域；第二反射鏡和聚焦鏡能夠互換位置。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0025]1、本發(fā)明中通過計算機控制，并通過三維移動組件帶動光學(xué)組件和待加工材料運動，即能夠調(diào)整光學(xué)組件與待加工材料之間的位置，其方便操作；如果待加工材料表面不平整、變形等，計算機將實時探測、采集、計算光學(xué)組件與待加工材料的相對位置，并控制三維移動組件進行實時調(diào)整，從而始終維持光學(xué)組件與待切割材料的相對位置，從而保證激光加工效果，加工質(zhì)量穩(wěn)定、均勻，并達(dá)到最佳加工效率。另外，普通的激光隨動裝置僅僅針對金屬材料的切割，本發(fā)明中，無論任何材料類型，都可以使用其自動調(diào)焦功能，因此不受待切割材料種類的限制。
[0026]2、本發(fā)明能夠不損失加工激光束的能量，聚焦鏡內(nèi)形成第二聚焦鏡區(qū)域，其同軸位于第一區(qū)域上方，第一區(qū)域內(nèi)不存在加工激光束，也就不存在加工激光束入射到待切割材料表面后被帶切割材料表面反射的光，所以第一區(qū)域內(nèi)不存在任何光束，因此方便在第一區(qū)域同軸空間內(nèi)或上方安排光學(xué)元件、探測器、傳感器等，實現(xiàn)實時監(jiān)測，自動尋焦、調(diào)焦，照明等特殊功能。
[0027]3、本發(fā)明在第一區(qū)域同軸空間內(nèi)設(shè)置特殊功能模塊，其可以包含實時監(jiān)測裝置、自動調(diào)焦裝置和照明裝置這三部分，或者僅包含其中某中一部分，或者包含任意兩部分；照明裝置采用照明光源發(fā)射照明光束，能夠?qū)⒋懈畈牧媳砻孢M行照明，方便激光加工也方便于獲得待切割材料表面的清晰的圖像信息；此外，自動調(diào)焦裝置能夠始終維持待切割材料的表面與光學(xué)組件的相對距離，通過實時監(jiān)測裝置的電荷耦合器件