恒光程光路补偿系统

摘要

本发明公开一种恒光程光路补偿系统，包括横梁、左滑块组件、切割头滑块组件及右滑块组件，所述左滑块组件、切割头滑块组件及右滑块组件活动固定于横梁上，右滑块组件上固定有第一、第二平反镜，切割头滑块组件包括第三平反镜及驱动设备，切割头滑块组件在横梁上左右移动时，左、右滑块组件在横梁上同步移动。利用本发明恒光程光路补偿系统在激光束切割物品时，激光束光路的光程保持不变，从而摆脱了切割不同位置的物品时，由于激光发散角而引起的远近光点光束直径不同的问题，保证了切割质量的一致。

说明书

技术领域

本发明涉及一种补偿系统，尤其涉及一种用于激光加工中的恒光程光路补偿系统。

背景技术

作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。激光加工是激光应用中最大的项目，也是对传统产业改造的重要手段。

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，激光加工系统包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统等。激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，光束能量以及活性气体辅助切割过程附加的化学反应热能统被材料吸收，由此引起照射点材料温度急剧上升。到达沸点后材料开始汽化，并形成孔洞。随着光束与工件的相对移动，最终使材料形成切缝。目前激光加工应用领域中，CO₂激光器以切割和焊接应用最广，分别占到70％和20％，表面处理则不到10％。在美国和欧洲CO₂激光器占到了70～80％。我国激光加工中以切割为主的占10％，其中98％以上的CO₂激光器。CO₂激光切割是用聚焦镜将CO₂激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO₂激光器及数控技术的不断完善和发展，目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。

但是CO₂激光虽然应用较广，也存在一些技术问题：1)CO₂激光加工对加工技术的研究少，仅适于对精度要求不高的加工，对于精度要求较高的精细加工则难以实现；2)CO₂激光加工是利用光束与工件的相对移动而实现切割，但是对于光束移动而工件不动的激光切割机来说，由于目前飞行光路设计中，切割时光程长短是不同的，由于激光器发出的光束不是平行光束，具有一定的发散角，所以在切割过程中不同位置的光斑大小是不同的，切割断面的质量是不同的。尤其是切割一定厚度的工件时，这种切割断面的质量差异表现的更为明显；3)为了减少切断面的质量差异，常需要在CO2激光器的输出端加扩束器，即增加一平行光管进行扩束处理，虽然扩束后的光束直径变大，发散角变小，使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸尽量接近一致，但是虽然扩束器可以减少发散角，但却补偿不了光程的长短，因此对切割断面的质量差异仅能起到减少作用，却不能从根本上保证切割断面的切割质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单，在光程长短不同情况下避免切割断面质量差异的恒光程光路补偿系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：本发明恒光程光路补偿系统，包括横梁、左滑块组件、切割头滑块组件及右滑块组件，所述左滑块组件、切割头滑块组件及右滑块组件活动固定于横梁上，右滑块组件上固定有第一、第二平反镜，切割头滑块组件包括第三平反镜及驱动设备，切割头滑块组件在横梁上左右移动时，左、右滑块组件在横梁上同步移动。

所述横梁上固定有导轨，所述左滑块组件、切割头滑块组件及右滑块组件分别包括在导轨上移动的左滑块、驱动滑块及右滑块。

所述左滑块组件包括固定于左滑块的左滑板、设置于左滑板下方的左滑轮、以及经过左滑轮的第一传送带，所述第一传送带一端固定于切割头驱动滑块组件，另一端与固定在横梁上的第一固定块固定连接。

所述右滑块组件包括固定于右滑块的右滑板、设置于右滑板下方的右滑轮、以及经过右滑轮的第二传送带，所述第二传送带一端固定于切割头驱动滑块组件，另一端与固定在横梁上的第二固定块固定连接。

所述第一、第二传送带为皮带。

所述左、右滑块组件通过刚性连杆固定连接并同步移动，所述刚性连杆通过固定元件固定到左、右滑块组件。

所述驱动设备为丝杠驱动或者皮带驱动。

相对于现有技术，本发明的优点在于：本发明恒光程光路补偿系统仅设置了横梁及在横梁上左右移动的左、右滑块组件及驱动滑块组件，因此结构简单、制造成本低；左、右滑块组件同步移动，并且移动的距离均为驱动滑块移动距离的一半，因此经过恒光程光路补偿系统的激光束光路的光程保持不变，从而摆脱了切割不同位置的物品时，由于激光发散角而引起的远近光点光束直径不同的问题，保证了切割质量的一致。

附图说明

图1为本发明恒光程光路补偿系统的平面示意图。

图2为沿图1中A-A线的剖视图。

图3为沿图1中B-B线的剖视图。

图4为本发明恒光程光路补偿系统中的光路传递示意图。

具体实施方式

请参照图1-图4所示，本发明恒光程光路补偿系统包括横梁1、固定在横梁1上的导轨11、分别滑动固定于导轨11上并可以左右移动的左滑动组件(未标号)、右滑动组件(未标号)及位于左、右滑动组件之间的切割头驱动组件(未标号)。

所述左滑块组件包括左滑块12、固定于左滑块12上的左滑板2、固定于左滑板2下方的左滑轮3，经过左滑轮3的第一传送带7一端固定于切割头驱动滑板6，另一端固定于第一固定块9上，所述第一固定块9固定于横梁1上。本实施方式中，所述左滑板2可以是平板状，也可以呈L形的弯板状。

所述切割头驱动组件包括驱动滑块13、固定于驱动滑块13上的切割头驱动滑板6、定于切割头驱动滑板6上的驱动设备(未图示)、固定于切割头驱动滑板6上的第一定位板21(图4)、以及固定于驱动滑块13上的聚焦镜23及激光喷嘴24。所述驱动设备采用现在的驱动方式，如丝杠传动、皮带驱动等，并用现有的方式固定到切割头驱动滑板6上，从而保证切割头驱动滑板6在导轨11上左右移动。本实施方式中，所述切割头驱动滑板6为L形，第一固定块9的高度低于切割头驱动滑板6的L形短端下表面的高度，因此第一固定块9不会影响切割头驱动滑板6向左的移动。所述第一定位板21垂直固定于切割头驱动滑板6的上表面，且第一定位板21接近切割头驱动板L形的短端。第一定位板21上固定有第三平反镜22。

所述右滑块组件包括右滑块14、固定于右滑块14上的右滑板4、固定于右滑板4下方的右滑轮5、固定于右滑板4上的第二定位板18，经过右滑轮5的第二传送带8一端固定于切割头驱动滑板6，另一端固定于第二固定块10上，所述第二固定块10固定于横梁1上，并且第二固定块10在垂直方向上位于切割头驱动滑板6的下方，因而不会影响切割头驱动滑板6向右移动。所述第二定位板18垂直固定于右滑板4上，并且第二定位板18固定于设置右滑轮5的一端，第二定位板18上设置有第一平板镜19及第二平反镜20。上述左滑块组件与右滑块组件通过刚性连接杆15刚性连接到一起，从而保证左滑块组件与右滑块组件同步运动。所述刚性连接杆15的一端固定于左滑板2，另一端固定于右滑板4上，并且在安装过程，刚性连接杆15是在第一、第二传送带7、8固定完毕并且拉紧后才分别固定到左滑板2与右滑板4上的，因此避免了由于皮带松紧性而导致的左、右滑块组件不同步移动的问题。上述刚性连接杆15通过紧固元件分别固定到左、右滑板2、4上，优选的，所述紧固元件为螺钉151。

激光发生器17可以直接固定到本发明恒光程光路补偿系统中，也可以固定于其他定位，激光发生器17发出的激光束即可以直接照射到第一平反镜19上，也可以通过一系列的光学元件后照射到第一平反镜19上。以下参照图4说明本发明恒光程光路补偿系统应用过程中的光路传递。所述激光器17发射的激光束沿X轴前进，照射到第一平反镜19之后进行一次水平反射，使激光束沿Y轴前进照射到第二平反镜20上，经过第二平反镜20的反射后再次沿X轴方向照射到第三平反镜22上，经过第三平反镜22垂直反射后的激光通过聚焦镜23聚焦，使激光能量集中于焦点上，再通过喷嘴24使激光光束在工件上运动，实现切割加工，此时光路的光程长度为AB+BC+CD之和。

请同时参照图1、图4所示，当切割头驱动滑板6向左移动距离S时，第三平反镜22随着切割头驱动滑板6向左移动距离S，在左、右滑轮3、5的第一、第二传送带7、8的带动下，左、右滑板2、4分别向左移动0.5S，固定于右滑板4上的第一、第二平反镜19、20则同时向左移动0.5S，此时光路的光程长度为(AB-0.5S)+BC+(CD+S-0.5S)，因此，光程长度依旧是AB+BC+CD之和，光程长度未变。反之，当切割头驱动滑板6向右移动距离S时，第三平反镜22随着切割头驱动滑板6向右移动距离S，在左、右滑轮3、5的第一、第二传送带7、8的带动下，左、右滑板2、4分别向右移动0.5S，固定于右滑板4上的第一、第二平反镜19、20则同时向右移动0.5S，此时光路的光程长度为(AB+0.5S)+BC+(CD-S+0.5S)，因此，光程长度依旧是AB+BC+CD之和，光程长度未变。

因此，无论切割头驱动滑板6如何移动，右滑板4总会向相同方向移动一半的距离，而第一、第二平反镜19、20是固定于右滑板4上的，因此就实现了光路补偿的功能，得到了恒定的光程，即切割近端光程减少时补偿光路增加，当切割远端光程增加时，补偿光路减少，从而保证在任何切割位置均可以保持光程长度不变，因此没有激光发散角的问题，保证了整个切割面积上的切割质量一致。

但以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。