[发明专利]一种光斑可变的激光切割头、切割设备及切割方法

说明书

本发明公开了一种光斑可变的激光切割头，包括发射端、第一透镜、第二透镜、还包括第一振子和第二振子。还公开了一种光斑可变的切割设备，包括机床工作台、龙门架、激光器和光斑可变的激光切割头。还公开了一种光斑可变的切割方法，包括以下步骤：发射激光光束；调整光斑；切割工件。本发明取得的有益效果：激光光束通过第一透镜和第二透镜折射后，调节光束至合适的入射角，起到提高激光切割性能的作用，实现调节光斑大小的功能。不需要改变激光光束入射角即可调节光斑大小，能防止调节割缝宽度的过程中影响激光光束的入射角，达到能够同时满足合理切割缝宽度和合理入射角要求的效果。

技术领域

本发明涉及激光切割的技术领域，具体涉及一种光斑可变的激光切割头、切割设备及切割方法。

背景技术

激光切割是利用激光光束聚焦在工件上，工件吸收能量温度升高，使工件熔融，实现切割工件的功能。在激光切割过程中，入射角和割缝宽度是重要的参数。为了提高工件对能量的吸收率，需要将激光调整为合适的入射角，而为了提高切割性能、提高切割熔融金属的排渣效率，需要选择合理的切割缝宽度。

日本特许第5767315号公开了一种光束整形单元，包括第一光学透镜、第二光学透镜和焦距光学系统。由于在生产过程中需要切割不同厚度的工件，激光光束以一定入射角照射到工件表面时，不同厚度的工件表面的光斑大小也不同。通过调节第一光学透镜和第二光学透镜的位置，实现了调节光束入射角度的功能，并能够改变照射到工件上的光斑大小。最终实现了同时调节光束入射角度和光斑大小的功能。但在切割过程中，为了满足切割性能的需求，往往需要选择一个合适的入射角，用这种方法改变光斑大小的同时，会改变改变光对材料的入射角度，也就是说，很难同时满足设定最合理割缝宽度和最合理的入射角的进行同时设定。

公告号为CN106181025B的中国发明专利公开了一种激光刻蚀的上下振动辅助装置及使用方法，激光刻蚀工作台上固定支撑箱体，固定于推杆顶端的托板夹具固定工件。与凸轮电机连接的凸轮轴与推杆垂直，套在推杆外的弹簧上端与支撑箱体固连，下端固连推杆底端，使推杆底端抵于凸轮侧面。固定于支撑箱体的凸轮轴轴套上安装位置传感器。凸轮长短径的差为激光刻蚀的最大深度。激光聚焦于工件表面，控制中心据位置传感器信号掌握凸轮当前状态，控制电机，使凸轮短长径侧面轮流与推杆底端接触，工件随工作台沿切削路径步进，同时上下振动，激光束在工件上的烧蚀点始终处于激光聚焦的位置。振动还加速切槽中的残渣碎屑的排出，带走大量的热，提高激光刻蚀效率和质量。在上述已公开的中国发明专利中，凸轮带动工作台和工件上下振动，虽然理论上也具备使照射到工件表面的光斑大小变化的功能，但受限于工作台和工件的重量，导致不方便调节光斑大小，也容易出现磨损，造成不方便调节切割缝宽度的问题。

故需要一种能够同时满足合理切割缝宽度和合理入射角要求的设备。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种光斑可变的激光切割头，其包括发射端、第一透镜、第二透镜、还包括第一振子和第二振子；还公开了一种光斑可变的切割设备，其包括机床工作台、龙门架、激光器和光斑可变的激光切割头；还公开了一种光斑可变的切割方法，其包括以下步骤：发射激光光束，调整光斑，切割工件。该光斑可变的激光切割头具有能够同时满足合理切割缝宽度和合理入射角要求的优点。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种光斑可变的激光切割头，包括发射端、第一透镜和第二透镜，所述第一透镜位于发射端和第二透镜之间，还包括第一振子，所述第一振子与第二透镜连接，所述发射端发射激光光束穿过第一透镜和第二透镜照射到工件表面形成光斑，所述第一透镜用于将光束准直形成平行光束，所述光斑的直径为d2，

其中d(core)为发射端处的光束直径，f_focus为第二透镜与光斑之间的距离，f_col.lens为发射端与第一透镜之间的距离，α为第一振子振动的振幅。