[发明专利]激光加工中聚焦光束对焦装置

说明书

本发明涉及一种激光加工中聚焦光束对焦装置，包括机架、设置于机架上用于观察工件的辅助观察机构、激光加工头、套设于激光加工头上并发射激光束来显示激光加工头与对焦平面之间距离的辅助视距机构、设置于辅助观察机构上与辅助视距机构配合用来显示对焦情况的感光系统，所述机架对应激光加工头处设置有用于放置工件的套筒，所述机架内还设置有用于套筒位置高度的位置调节机构，所述位置调节机构对应设置在套筒下方。本发明方便操作人员进行对焦操作，避免利用测量尺测量所产生的误差，提高了对焦的精度的同时提高了工作效率。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种激光加工中聚焦光束对焦装置。

背景技术

随着我国工业水平的提高，对于机械制造的工艺水平以及加工质量有了更高的要求，只有满足加工精度和质量，才能保证产品的质量。激光加工技术是利用聚焦激光束(光刀)与物质相互作用的特性，对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等处理的一门加工技术。激光加工无需工具，光束经聚焦镜聚焦后，能量高度集中，作为光刀对材料进行减材制造(例如切割、打孔等)与增材制造(例如激光熔覆、激光3D打印等)等。与传统的切削加工工艺相比，激光加工技术在很多方面更占优势：功率大，能够适用于各种新型材料，加工速度快；激光加工头与待工件之间无接触，故无刀具磨损，无切削力产生；激光束易于导向控制，能够更好地与数控系统配合，实现自动化加工操作；激光加工不受工件动态或静态的限制，可以加工被密封的工件；激光加工不易受到外界环境的主管影响，从而保证工作的准确无误。

离焦量（即激光光束聚焦点与待加工件的相对位置）是影响加工质量和加工效率的关键因素。离焦量的细微变化就会使工件表面激光作用能量产生较大差异，从而导致工件表面熔池的熔深和熔宽产生巨大差异。每一次进行激光加工工作之前，都需要对激光加工头所出射激光束的光路系统进行对焦工作，从而使激光束能够刚聚焦到待工件表面或得到预期的离焦量。因此，激光加工过程中的激光对焦工作对于工件加工质量至关重要。

现有的对焦方法大多为人工对焦，人工对焦精度低，且受人工主观因素影响大，同时部分对焦方式在频繁进行对焦工作的情况下会对人体造成一定的伤害。以下是常见的三种对焦方法：

第一种人工对焦方法是通过激光加工装备中的红外指示激光进行对焦，即在加工之前，用作为辅助光源的红外指示激光照射待工件表面，再由现场工作人员观察红外激光光斑大小，进行定性的判断，从而进行手动调节，松紧螺丝，多次观察以保证精度，然后进行激光加工。该方法有效，可行，但依赖工人的主观意识，人工工作量大，对焦效率低，且在每一次更换待工件时都需要重新对焦，而频繁观察红外光斑容易对工作人员的肉眼造成伤害。如申请号为201721556732.4的一种用于辅助激光加工的装置及激光加工装置，利用定距器发射激光束至对焦平面上，观察两束激光束在对焦平面上重合情况来确定激光加工装置的对焦情况。

第二种人工对焦方法需要先在待加工表面试熔，通过对熔池形貌判断找到合适的焦距测量位置后，使用钢直尺手工测量出当前离焦量，多次试熔找到理想的离焦量，然后开始加工。同样，当更换待工件时，焦距需要重新定位。该方案有效，可行，但该对焦方式耗费人工，效率低下，对焦精度受人工测量方法、测量器材精度等因素影响较大，且对待工件表面伤害较大。

第三种人工对焦方法便是利用调焦尺进行调焦，调焦尺为配套对应激光加工设备的快速调焦装置，先将激光加工头移至材料上面合适地方，再将准备好的调焦尺放置在激光加工头下方，松开螺丝使激光加工头碰到调焦尺，然后拧紧螺丝，取出调焦尺。该方法相对于上述两种对焦方法，受主观因素影响较少，相对精度较高，对焦速度较快，但受调焦尺精度影响极大，人工工作量仍然较大，且一套调焦尺只适用于其对应的一种激光加工设备，通用性能低。

随着激光加工技术的迅猛发展，现有的激光对焦技术已不能很好的满足激光加工工艺高精度、高效率的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种便于操作人员进行对焦、对焦精度高的激光加工中聚焦光束对焦装置