[发明专利]激光头碰撞保护装置和保护方法

说明书

本发明公开了激光头碰撞保护装置和保护方法，包括本体、上旋转球型凸台、下旋转球型凸台和球型座，所述本体包括上凸台和与上凸台连接的连接柱，所述球型座套设在连接柱上并与连接柱连接，所述上旋转球型凸台和下旋转球型凸台固定连接，所述上旋转球型凸台和下旋转球型凸台内部形成球型空腔，所述球型座位于球型空腔内，还包括设置在上旋转球型凸台和上凸台之间的复位弹簧，本结构的设置可使得在激光头发生碰撞后产生倾斜，从而可减少因激光头和工件硬性碰撞后造成的激光头损坏，同时在与受撞击的工件脱离后，激光头能实现手动或自动复位，从而可以节省了客户的使用和维护成本。

技术领域

本发明涉及激光头保护领域，特别涉及激光头碰撞保护装置和保护方法。

背景技术

激光切割、焊接及熔覆技术是工业领域中的三种重要激光加工技术。前者与后两者的不同点在于前者是减材加工技术，而后两者为增材加工技术。其原理都是通过激光头内的镜组将经光纤传输的能量汇聚成高能光斑以达到材料加工的目的。

激光切割头的电容距离传感器的作用是检测喷嘴与板材的距离。然而当上翘的加工板材刚好处于激光切割头电容传感器的检测盲区时，激光切割头在向前运动时不会做出规避反应，从而会导致碰撞。另一方面，激光切割时产生的大量光致等离子体也会对电容距离传感器产生干扰，而这同样会导致碰撞。

严重地，碰撞会导致激光头传感器主体损坏，冷却气路漏气以及激光头切割精度降低等问题。随之而来的是维修问题。因为激光切割头、激光焊接头或激光熔覆头会涉及到相关公司的专利技术，因此需要高昂的检测及零部件更换费用。同时，激光头返厂维修也会造成设备的闲置，这进一步加重了成本负担。因此，急需相应的碰撞保护方案以降低设备的使用成本。

目前，激光头碰撞保护方案大致可以分为：主动碰撞检测方案和被动防撞方案。主动碰撞检测技术即在发生碰撞前，系统能及时检测并急停。被动防撞技术即在撞击发生后，通过更换便宜的易损件，来快速恢复至可正常使用的状态。

电容传感器主动碰撞检测方案是较为可行的主动碰撞检测方案。此方案在传感器柱体的外侧布置环形电容的一极，被切割工件为另一极，两者保持在相对安全的距离内时，系统可正常切割。当传感器柱体的外侧布置环形电容的一极接近危险的距离阈值时，系统会暂停切割。除了电容传感器主动碰撞检测方案外，还有电感、光电以及声波等主动碰撞检测技术。然而，由于激光切割工作场景的复杂性，主动碰撞检测方案严重依赖检测策略及干扰滤除，并且还容易产生误报警。

因为具有更高的可靠性，被动防撞方案是目前最有前景的应用方案。主要有四种：

1、激光头整头受撞击后脱离竖直的安装台；

2、激光头受撞击后，通过保护销钉、螺钉或磁铁吸合的激光头上、下组件分离，激光头下组件脱离激光头上组件；

3、XYZ三方向加速度传感器检测。在受撞击后加速度产生突变，产生的电信号反馈至CNC系统，CNC系统及时停止激光头的轴向运动；

4、激光头或激光头下部组件在受撞击后产生倾斜，并在与受撞击的工件脱离后，激光头或激光头下部组件能手动或自动复位；

通过对比发现：1方案需要保护拉绳连接激光头，但如果从拉绳方向撞击，拉绳容易断裂，激光头有掉落撞击损坏的风险。2方案虽然目前有成功应用的案例，但是分离后，灰尘容易进入激光头的内部腔体，从而污染镜片。3方案的反应时间滞后，因为撞击发生的速度极快，在CNC系统未作出反应时，撞击就已经发生了。方案4是最节省成本和应用前景的技术，在受撞击后不需要更换任何零部件。目前国内激光切割头还未有公司采用此方案。应用此种撞击保护方案的优势在于一方面节省了客户的使用、维护成本，另一方面有利提升产品的识别度和总体竞争力。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种激光头碰撞保护装置，其在激光头受撞击后可产生倾斜，并在与受撞击的工件脱离后，激光头能实现自动复位。