自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭，屬于激光切割技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著激光在金屬切割領(lǐng)域的應(yīng)用日漸成熟，整個(gè)金屬加工行業(yè)對(duì)激光切割機(jī)的需求也是越來(lái)越強(qiáng)烈，作為激光切割機(jī)的重要組成部分之一，激光切割頭的技術(shù)發(fā)展也經(jīng)歷了一代又一代新技術(shù)的革新，由于激光聚焦的特性決定了激光切割不同厚度材料時(shí)，焦點(diǎn)位置需要進(jìn)行不斷的調(diào)整，才可以獲得一個(gè)較好的切割效果，因此焦距調(diào)整過程也是激光加工中一個(gè)必須的并且非常頻繁操作的過程，其技術(shù)也在不斷的改進(jìn)和升級(jí)。隨著技術(shù)的不斷提升，已經(jīng)由傳統(tǒng)的手動(dòng)螺旋調(diào)焦演變成現(xiàn)在常用的手動(dòng)垂直調(diào)焦。
[0003]雖然垂直直線運(yùn)動(dòng)的調(diào)焦方式改善了頻繁調(diào)整離焦量時(shí)產(chǎn)生的同軸度偏離問題，但是手動(dòng)垂直調(diào)焦卻一直停留在手動(dòng)調(diào)整焦距的階段，雖然通過人為手動(dòng)干預(yù)操作能夠?qū)崿F(xiàn)離焦量的調(diào)整，但是實(shí)際生產(chǎn)過程中經(jīng)常會(huì)遇到像厚板切割必須要用到的漸進(jìn)穿孔和分段穿孔，這時(shí)只能使用同一離焦量來(lái)完成切割，這就造成了穿孔時(shí)焦點(diǎn)不在材料最佳位置導(dǎo)致的穿孔時(shí)間長(zhǎng)、爆孔等工藝問題的缺陷。同時(shí)依靠操作人員手動(dòng)調(diào)整容易產(chǎn)生誤差和誤操作等問題嚴(yán)重影響激光加工的效率和效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭。
[0005]本實(shí)用新型的自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭，包括頂部的QBH接口(3)、設(shè)在QBH接口(3)下方的對(duì)中調(diào)整模塊、設(shè)在對(duì)中調(diào)整模塊下方的自動(dòng)調(diào)焦模塊(2 )、設(shè)在自動(dòng)調(diào)焦模塊(2 )下方的保護(hù)鏡模塊(4)和設(shè)在保護(hù)鏡模塊(4)下方的噴嘴(5)；
[0006]所述的自動(dòng)調(diào)焦模塊(2)包括調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)、凸輪機(jī)構(gòu)(30)和聚焦鏡座(40)，所述的調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)包括調(diào)焦電機(jī)(2-1)、與調(diào)焦電機(jī)(2-1)相連的同步帶(2-2)和與同步帶(2-2)相連的同步帶輪(2-3)，所述的凸輪機(jī)構(gòu)(30)與同步帶輪(2-3)相連，所述的凸輪機(jī)構(gòu)(30)與聚焦鏡座(40)相連；
[0007]所述的自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括激光控制切割系統(tǒng)、智能調(diào)焦控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和絕對(duì)值編碼器，所述的激光控制切割系統(tǒng)與智能調(diào)焦控制系統(tǒng)相連，所述的智能調(diào)焦控制系統(tǒng)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及絕對(duì)值編碼器相連。
[0008]所述的調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)上覆蓋有保護(hù)蓋(10)。
[0009]本實(shí)用新型主要是對(duì)激光切割機(jī)切割頭調(diào)焦部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，其工作方式主要是借助激光切割控制系統(tǒng)發(fā)出材料類型信號(hào)，切割工藝信號(hào)，自動(dòng)調(diào)焦模塊會(huì)自動(dòng)按照激光切割控制系統(tǒng)的信息進(jìn)行快速的焦點(diǎn)位置調(diào)整工作。實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的調(diào)整并能實(shí)時(shí)將自身狀態(tài)信息反饋至激光切割控制系統(tǒng)，由現(xiàn)在的純手動(dòng)開環(huán)控制變成一個(gè)完整的自動(dòng)化閉環(huán)控制，精度更高，效果更好，速度更快。該項(xiàng)技術(shù)主要通過微型伺服調(diào)焦電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步輪機(jī)構(gòu)調(diào)焦模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)切割頭離焦量的自動(dòng)調(diào)整，然后再通過絕對(duì)值編碼器收集當(dāng)前實(shí)時(shí)位置信息用于系統(tǒng)對(duì)比和計(jì)算之用。當(dāng)然除了該傳動(dòng)部分外其內(nèi)置的智能控制系統(tǒng)能夠?qū)⒕幋a器反饋的實(shí)施收據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，然后根據(jù)不同材料特性進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)漸變目標(biāo)位置的過程中定位工作，能夠讓穿孔過程中焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)變得線性，從而有效提高加工效率。
[0010]本實(shí)用新型的自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭，采用了自動(dòng)調(diào)焦模塊(2)的激光聚焦頭能夠在沒有人為干預(yù)的情況下完成不同加工需求的焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)工作，動(dòng)作速度快且定位精準(zhǔn)免去了人為手動(dòng)去頻繁調(diào)整，極大的避免了人工調(diào)整帶來(lái)的誤差以及很多遺忘，過調(diào)等隱患的產(chǎn)生能夠大大提高設(shè)備使用效率以及減少?gòu)U品率，同時(shí)使用了自動(dòng)調(diào)焦模塊(2)后可以使厚板切割的穿孔工藝難題得到很好的解決，穿孔過程中焦點(diǎn)位置可調(diào)整的情況下可以縮短穿孔時(shí)間40%以上，有效的節(jié)約了加工時(shí)間同時(shí)焦點(diǎn)漸進(jìn)的穿孔方式很好的保證了穿孔效果的統(tǒng)一性。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型的自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型的自動(dòng)調(diào)焦模塊(2)的分解結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本實(shí)用新型的調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4為本實(shí)用新型中激光切割控制系統(tǒng)的組成模塊示意圖；
[0015]圖5為本實(shí)用新型的工作流程框圖；
[0016]圖6為本實(shí)用新型的工作流程詳圖。
[0017]其中，1為切割頭主體，2為自動(dòng)調(diào)焦模塊，3為QBH接口，4為保護(hù)鏡模塊，5為噴嘴，10為保護(hù)蓋，20為調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，30為凸輪機(jī)構(gòu)，40為聚焦鏡座，2-1為調(diào)焦電機(jī)，2-2為同步帶，2-3為同步帶輪。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1-4所示，本實(shí)用新型的自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭，包括頂部的QBH接口(3)、設(shè)在QBH接口(3)下方的對(duì)中調(diào)整模塊、設(shè)在對(duì)中調(diào)整模塊下方的自動(dòng)調(diào)焦模塊(2)、設(shè)在自動(dòng)調(diào)焦模塊(2)下方的保護(hù)鏡模塊(4)和設(shè)在保護(hù)鏡模塊(4)下方的噴嘴(5)；
[0019]所述的自動(dòng)調(diào)焦模塊(2)包括調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)、凸輪機(jī)構(gòu)(30)和聚焦鏡座(40)，所述的調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)包括調(diào)焦電機(jī)(2-1)、與調(diào)焦電機(jī)(2-1)相連的同步帶(2-2)和與同步帶(2-2)相連的同步帶輪(2-3)，所述的凸輪機(jī)構(gòu)(30)與同步帶輪(2-3)相連，所述的凸輪機(jī)構(gòu)(30)與聚焦鏡座(40)相連；
[0020]所述的自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括激光控制切割系統(tǒng)、智能調(diào)焦控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和絕對(duì)值編碼器，所述的激光控制切割系統(tǒng)與智能調(diào)焦控制系統(tǒng)相連，所述的智能調(diào)焦控制系統(tǒng)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及絕對(duì)值編碼器相連。
[0021]所述的調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)上覆蓋有保護(hù)蓋(10)。
[0022]如圖4所示，本實(shí)用新型中的激光切割控制系統(tǒng)，包括工業(yè)控制電腦、電容調(diào)高控制器、顯示器外設(shè)和無(wú)線遙控手柄等，工業(yè)控制電腦內(nèi)設(shè)有運(yùn)動(dòng)控制卡，用于控制伺服系統(tǒng)和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0023]本實(shí)用新型的智能調(diào)焦控制系統(tǒng)，為PLC可編程控制器或者單片機(jī)平臺(tái)，作用是將位置信息轉(zhuǎn)化成電機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)。
[0024]所述的激光控制切割系統(tǒng)，用于發(fā)出焦點(diǎn)位置信息指令給智能調(diào)焦控制系統(tǒng)，以及接收智能調(diào)焦控制系統(tǒng)發(fā)出的指令；
[0025]所述的智能調(diào)焦控制系統(tǒng)，用于接收激光控制切割系統(tǒng)發(fā)出的焦點(diǎn)位置信息指令、發(fā)送脈沖指令給調(diào)焦電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和調(diào)焦結(jié)束后向激光控制切割系統(tǒng)發(fā)出結(jié)束信號(hào)；
[0026]所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)調(diào)焦電機(jī)進(jìn)行定位運(yùn)動(dòng)，調(diào)焦電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行焦點(diǎn)位置垂直調(diào)節(jié)工作；
[0027]所述的絕對(duì)值編碼器，用于實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前位置給智能調(diào)焦控制系統(tǒng)。
[0028]本實(shí)用新型中的激光切割控制系統(tǒng)、智能調(diào)焦控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和絕對(duì)值編碼器均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0029]如圖5、6所示，本實(shí)用新型的自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭的工作過程如下:
[0030]1)激光切割控制系統(tǒng)向智能調(diào)焦控制系統(tǒng)發(fā)出焦點(diǎn)位置信息指令；
[0031]2)智能調(diào)焦控制系統(tǒng)接收激光切割控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的指令，按照當(dāng)前位置信息重新計(jì)算位移量后發(fā)送脈沖指令給下位機(jī)，即電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；
[0032]3)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)調(diào)焦電機(jī)(2-1)進(jìn)行定位運(yùn)動(dòng)；定位運(yùn)動(dòng)過程如下:調(diào)焦電機(jī)(2-1)接收到定位指令，通過同步帶(2-2)帶動(dòng)同步帶輪(2-3)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，與同步帶輪(2-3)相連的凸輪機(jī)構(gòu)(30)帶動(dòng)聚焦鏡座(40)垂直運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聚焦鏡垂直位置的定位操作；
[0033]5)絕對(duì)值編碼器實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前位置給智能調(diào)焦控制系統(tǒng)；
[0034]6)激光切割頭到達(dá)指定位置，則調(diào)焦控制結(jié)束，智能調(diào)焦控制系統(tǒng)發(fā)出結(jié)束調(diào)焦信號(hào)，并且傳給激光切割控制系統(tǒng)；如激光切割頭未到指定位置，則回到步驟3)。到達(dá)指定位置后會(huì)有一個(gè)反饋信號(hào)給智能調(diào)焦控制系統(tǒng)，這樣智能調(diào)焦控制系統(tǒng)就能更高精度的控制調(diào)焦機(jī)構(gòu)工作。智能調(diào)焦控制系統(tǒng)收到調(diào)焦到位控制結(jié)束信號(hào)后給激光切割控制系統(tǒng)一個(gè)反饋信號(hào)，以免切割控制系統(tǒng)做無(wú)謂的等待或者因調(diào)焦未完成而進(jìn)行下一步操作產(chǎn)生損壞。
[0035]激光切割機(jī)切割過程中，焦點(diǎn)位置受到材質(zhì)，加工方式，等不同因素影響焦點(diǎn)位置會(huì)需要不斷調(diào)整，因此該機(jī)構(gòu)可以讓這些動(dòng)作變得自動(dòng)化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭，其特征在于，包括頂部的QBH接口(3 )、設(shè)在QBH接口( 3 )下方的對(duì)中調(diào)整模塊、設(shè)在對(duì)中調(diào)整模塊下方的自動(dòng)調(diào)焦模塊(2 )、設(shè)在自動(dòng)調(diào)焦模塊(2 )下方的保護(hù)鏡模塊(4)和設(shè)在保護(hù)鏡模塊(4)下方的噴嘴(5)； 所述的自動(dòng)調(diào)焦模塊(2)包括調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)、凸輪機(jī)構(gòu)(30)和聚焦鏡座(40)，所述的調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)包括調(diào)焦電機(jī)(2-1)、與調(diào)焦電機(jī)(2-1)相連的同步帶(2-2 )和與同步帶(2-2 )相連的同步帶輪(2-3 )，所述的凸輪機(jī)構(gòu)(30 )與同步帶輪(2-3 )相連，所述的凸輪機(jī)構(gòu)(30 )與聚焦鏡座(40 )相連； 所述的自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括激光控制切割系統(tǒng)、智能調(diào)焦控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和絕對(duì)值編碼器，所述的激光控制切割系統(tǒng)與智能調(diào)焦控制系統(tǒng)相連，所述的智能調(diào)焦控制系統(tǒng)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及絕對(duì)值編碼器相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭，其特征在于，所述的調(diào)焦同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)上覆蓋有保護(hù)蓋(10)。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭，包括頂部的QBH接口（3）、設(shè)在QBH接口（3）下方的對(duì)中調(diào)整模塊、設(shè)在對(duì)中調(diào)整模塊下方的自動(dòng)調(diào)焦模塊（2）、設(shè)在自動(dòng)調(diào)焦模塊（2）下方的保護(hù)鏡模塊（4）和設(shè)在保護(hù)鏡模塊（4）下方的噴嘴（5）。本實(shí)用新型的自動(dòng)調(diào)焦激光切割頭，采用了自動(dòng)調(diào)焦模塊（2）的激光聚焦頭能夠在沒有人為干預(yù)的情況下完成不同加工需求的焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)工作，動(dòng)作速度快且定位精準(zhǔn)免去了人為手動(dòng)去頻繁調(diào)整，極大的避免了人工調(diào)整帶來(lái)的誤差以及很多遺忘，過調(diào)等隱患的產(chǎn)生能夠大大提高設(shè)備使用效率以及減少?gòu)U品率，同時(shí)使用了自動(dòng)調(diào)焦模塊（2）后可以使厚板切割的穿孔工藝難題得到很好的解決。
【IPC分類】B23K26/38, B23K26/046
【公開號(hào)】CN205032859
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520780621
【發(fā)明人】李朝輝
【申請(qǐng)人】江蘇大金激光科技有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年10月9日