[实用新型]激光指向改变时校正路径偏离的装置和机床

说明书

一种激光指向改变时校正路径偏离的装置，包括转台、超快激光器、超快激光器和光阑。转台实施回转运动，包括腔道，其腔道用于容纳激光的光路，超快激光器射出的激光经所述的腔道通过转台。激光投射中继部件设置于转台上并随转台一同绕转台回转轴线转动，接收来自腔道出射端的激光，使激光的光路方向发生改变后，再射出激光，至少包括第一反射镜。光阑接收来自第一反射镜反射的光束。应用本实用新型提供的装置于多轴机床上，消除转台转动、应力、振动、弹性形变或温度等因素导致光束传播方向偏离预设方向，使得激光对工件的指向符合预设，作用于工件的光斑形状也保持稳定，以满足精密加工的需要。

技术领域

本实用新型涉及一种调整激光光路的装置，尤其涉及一种对以回转方式传播的激光发生传播方向和/或位置偏离预设而进行补偿的装置，以及采用此装置的机床。

背景技术

目前激光已经被广泛应用于金属钣金及型材的切割、焊接及打标加工工艺中，也有应用于如超硬材料加工以制造切削刀具等技术领域。由多轴加工中心或多关节机器人以激光为手段实施钣金和型材切割或焊接加工是最常见的解决方案，其利用机械轴驱动经由激光发射器(即用于实施加工的激光输出部件，根据其功能在行业内通常名称如：切割激光头或焊接激光头)汇聚射出的聚焦光束与被切割或焊接工件发生相对移动以完成所需加工动作，激光和被加工平面的对焦(又称调高)则由集成于激光器的对焦模块或者多轴加工中心的Z轴来实现。激光发射器一般通过专用的工业化接口(如：QBH等)直接驳接激光发生装置的出光端子，它是将准直、扩束、对焦及聚焦等外光路功能高度集成的重要功能部件。通过模块化的激光发射器与激光发生装置的出光端子的直连，不仅简化设备装配并提高系统可靠性，更重要的是简化机械运动结构和光路结构，通过操纵激光发射器的旋转运动和俯仰运动即可直接在聚焦光束出射方向上实现角度的改变，进而达到较大的加工自由度。除此之外，通过高度集成的出光端子和激光发射器最大程度缩短了空间自由光路并尽可能避免了外界扰动对光束指向精度的不利影响，有利于加工精度的提高。虽然此种方案可以实现激光聚焦方向在大范围的自由改变，但此方案因激光随转台转动的半径偏大会显著放大聚焦光斑的定位误差，且此种技术方案要求激光发生装置的出光端子可以随着激光发射器在自由空间中一起任意移动，因此只有用具有可弯折和牵拉特性的光纤将激光发射器和出光端子相连起来的光纤连续激光器或微秒或纳秒量级的光纤脉冲激光器光源才可以使用该技术方案，而光纤不能自由弯折牵拉的光纤超快激光发生装置和不通过光纤传输光的半导体激光发生装置等提供激光光源的，则无法使用该技术方案。

为了兼顾激光聚焦方向在大范围的自由改变和尽量小的回转定位误差，一种具有偏心摆动构造的装置被应用到多轴加工中心的设备中，适用于加工轴系为“XA和YZB”的多轴激光加工，此种方案由于具有较小的回转半径进而可以显著缩小聚焦光斑的回转定位误差。这对于通常脉冲激光器是可行的，但超快激光器受技术条件制约，其光纤不具有足够的可运动特性(其可允许弯折半径过大，光纤最大总长过短)，无法安装于摆动机构上，这使得在五轴加工中心上集成超快激光器进行加工难以实现。为了解决这一问题，进一步提出了将一些光束穿过转台中心后借由置于转台中心反射镜射出的飞行光路方案(如：CN202020298469.9和CN202020298514.0)，在该系列方案中激光光束经过调整后与转台转轴同轴，因此无论转台上的光路部分如何随转台旋转，光束始终都以相同方向入射位于转台转轴线的反射镜上同一点并借此实现从转台上出射的激光光束于转台回转中心轴线的夹角始终不变。但当未能正确调整，或由于加工中心运行中产生的各种应力、振动、弹性形变和温度等因素导致激光光束不再与转台中心保持同轴时，转台的旋转会导致激光经转台中心反射镜射出的激光光束随着旋转发生角度偏转或/和位置偏移(后者称“偏离”)，进而导致最终作用于工件上的激光光斑发生偏离，导致加工精度不良，无法满足精密加工的需求。