[发明专利]一种光斑直径和焦点位置可调的激光加工头及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体的说是一种光斑直径和焦点位置可调的激光加工头及其控制方法。

背景技术

在激光加工过程中，为应对客户对不同材料和不同厚度工件进行高质量的加工要求，需要精准的控制最终聚焦光斑的大小和焦点位置。基于上述原因，例如在激光在切割金属板材过程中，为了切割相对比较厚的工件， 就需要使聚焦到板材上的聚焦光斑尽量有一个相对较大的直径，并将焦点位置设定到一个适当的位置。与之相反，在加工一个具有相对小的厚度的工件时，就需要对聚焦到工件上的参数进行从新设定，以完成对薄板高质量、高效率的加工。

为了应对上述对激光加工不同工件参数的设定要求，目前大多对应措施是在设备停机后，通过操作人员手工从新进行设定相应的参数。然而，这一加工流程不仅依赖于现场相应的操作人员必须具有相对应的操作经验，还会大大增加工件加工时间并降低整套设备的加工效率。

专利WO2011131541A1公开一种简单的方案，该方案中只有三个光学元器件，整体结构较为简单。但是在这个方案中，调节的过程中能够内部有一个光学实焦点，在高功率激光情况下，该点能量易于急剧增加，可能会使装置内的气体电离，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，设计一种光斑直径大小和焦点位置可调的激光加工头及其控制方法。

为实现上述目的，设计一种光斑直径和焦点位置可调的激光加工头及其控制方法，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、第四光学元器件和保护镜片，所述激光发射装置竖直固定在外壳的顶部，激光发射装置的发射口嵌设在外壳内，所述第二光学元器件和保护镜片分别通过左右两侧的连接杆固定在外壳的内侧壁上，所述第一光学元器件的一侧通过第一连接装置连接第一电机，第三光学元器件的一侧通过第二连接装置连接第二电机，第四光学元器件的一侧通过第三连接装置连接第三电机；

控制方法包括如下步骤：1）S1，激光发射装置出射激光光束经过第一光学元器件后汇聚成第一光束；2）S2，第一光束经过第二光学元器件和第三光学元器件后形成不同光束直径的第三光束；3）S3，不同直径的第三光束经过第四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，通过不同直径的光斑，并且由第四光学元器件调控焦点的不同位置，以此来加工不同类型的工件。

所述第一电机、第二电机和第三电机设在外壳的表面。

所述第一光学元器件为正透镜，第一光学元器件的焦距范围为20-50mm。。

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。

所述步骤2中包括如下步骤：1第一光束经过第二光学元器件后形成发散的第二光束；2第二光束经过第三光学元器件后形成不同光束直径的第三光束。

所述步骤5中获得不同位置的光斑包括如下步骤：1第一电机驱动第一光学元器件沿垂直的光轴方向运动一定距离；2随后第二电机驱动第三光学元器件运动特定的补偿距离；3使第二光束经第三光学元器件汇聚后形成一个特定光束直径的平行光束。

所述步骤5中获得不同的焦点位置包括如下步骤：第三电机驱动第四光学元器件运动，从而获得不同焦点位置的光斑。

本发明同现有技术相比，结构简单，使用方便；通过电机调节第四元器件的位置，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。

图2为本发明调节光斑大小的实施例中元器件在不同位置时的结构示意图。

图3为本发明调节焦点位置的实施例中元器件在不同位置时的结构示意图。

参见图1～图3，其中，1是激光发射装置，2是第一光学元器件，3是第二光学元器件，4是第三光学元器件，5是第四光学元器件，6是保护镜片，7是工件，8是激光光束，9是第一光束，10是第二光束，11是第三光束，12是光斑，13是外壳，14是第一连接装置，15是第二连接装置，16是第三连接装置，17是第一电机，18是第二电机，19是第三电机。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步的说明。