一种激光切割设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种激光切割设备，所述设备包括切割头、激光器、混合光装置和反射式相位延迟器；混合光装置和反射式相位延迟器依次设置在所述激光器的出射光的光路上，所述混合光装置用于将可见光混入到激光器出射的激光束中，所述混合光装置将包含有可见光和激光的混合光束出射到反射式相位延迟器中，所述反射式相位延迟器将线偏振的激光束转化成圆偏振的激光束，所述圆偏振的激光束经切割头出射到被切割的工件上。本实用新型通过反射式相位延迟器将线偏振激光束转化成圆偏振的激光束，不仅使切割缝宽一致，减少了挂渣现象，而且，无需采用传统的波片实现圆偏振转化，使得光学系统更加简单，调节方便，降低了成本。
【专利说明】
-种激光切割设备
技术领域
[0001 ]本实用新型设及激光加工领域，特别设及一种激光切割设备。
【背景技术】
[0002] 激光由于其高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的优点，已经广泛应用于科 研、国防、工业等国民生产的重要方面。在工业领域，激光加工作为先进制造技术，具有高 效、高精度、高质量、范围广、节能环保并能实现柔性加工和超微细加工的优点，在汽车、电 子电路、电器、航空航天、钢铁冶金、机械制造等领域得到了广泛的应用，且在某些行业(例 如汽车、电子行业等)已经达到较高的水平。对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、 减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。
[0003] 激光切割是激光加工中比较常见，应用也比较广泛的一种方式。随着激光切割在 各个领域的广泛使用，各种材料的切割使用到了激光切割方式。随着工业的发展，尤其是电 子产品的小型化，对于加工材料的切割日渐成为激光切割的主要发展方向。激光切割需达 到高精度、准确、迅速、自动化的加工方式。
[0004] 激光束垂直入射时，材料对激光的吸收和激光束的偏振状态无关，而当激光束倾 斜入射时，偏振状态对吸收的影响变得非常重要，对于激光切割，由于激光的吸收面变为了 切割缝的前沿，所W激光束不再是垂直入射到吸收面，此时材料的吸收效率与激光的偏振 状态有关，因此当采用线偏振激光加工时，加工方向的改变将引起吸收效率变化，所W线偏 振光切割时，光束在不同切割方向上产生的切缝宽度不同，挂渣程度也不同，因此需要改 进。
[0005] 随着激光加工技术的不断发展，当前激光加工的主要应用方向，例如电子产品、汽 车、航空航天等工业方面也在向精密方向发展，所W对激光加工应用的精度要求也越来越 高。所有需要激光切割设备具有更高的加工精度，另外，随着工业的不断发展，对加工速度 要求也越来越高，对激光切割设备的加工效率要求越来越高，所W需要激光切割设备提高 加工速度，实现更加稳定、高效的切割。
[0006] 因此，现有的技术还有待改进和提高。
【发明内容】
[0007] 鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种激光切割设备， 通过反射式相位延迟器将线偏振激光束转化成圆偏振的激光束，使切割缝宽一致，减少挂 渣现象。
[000引为了达到上述目的，本实用新型采取了 W下技术方案：
[0009] -种激光切割设备，包括切割头、激光器、混合光装置和反射式相位延迟器;所述 混合光装置和反射式相位延迟器依次设置在所述激光器的出射光的光路上，所述混合光装 置将可见光混入到激光器出射的激光束中，并将包含有可见光和激光的混合光束出射到反 射式相位延迟器中，所述反射式相位延迟器将线偏振的激光束转化成圆偏振的激光束，所 述圆偏振的激光束经切割头出射到被切割的工件上;所述激光切割设备还包括扩束镜，所 述扩束镜设置在混合光装置与反射式相位延迟器之间的光路上。
[0010] 所述的激光切割设备中，所述反射式相位延迟器为四分之一波长反射式相位延迟 器，所述混合光装置出射的混合光束W45°的入射角入射到所述反射式相位延迟器中；所述 混合光束中的激光束的线偏振方向与激光束所在的入射面成45°。
[0011] 所述的激光切割设备中，所述切割头内设置有位于反射式相位延迟器的出射光光 路上的聚焦镜，所述反射式相位延迟器出射的混合光束经聚焦镜聚焦后，照射到被切割的 工件上。
[0012] 所述的激光切割设备中，所述切割头还设置有用于调节聚焦镜与被切割的工件之 间的距离的调高螺杆，所述聚焦镜固定在所述调高螺杆上。
[0013] 所述的激光切割设备中，所述激光切割设备还包括基座、用于驱动X轴行走装置沿 Y轴运动的Y轴行走装置W及用于驱动所述切割头沿X轴运动的X轴行走装置;所述Y轴行走 装置设置在所述基座上，所述X轴行走装置设置在所述Y轴行走装置上;所述切割头设置在 所述X轴行走装置上。
[0014] 所述的激光切割设备中，所述X轴行走装置包括X轴基座、X轴导轨、X轴电机、X轴丝 杆、X轴车载板和安装板;所述X轴基座设置在所述Y轴行走装置上，所述X轴导轨、X轴电机和 X轴丝杆均设置在所述X轴基座上，所述安装板固定在所述X轴车载板的侧边，所述X轴车载 板设置在所述X轴导轨上，所述X轴电机通过驱动X轴丝杆转动来带动X轴车载板沿X轴导轨 进行直线运动。
[0015] 所述的激光切割设备中，所述Y轴行走装置包括第一Y轴导轨、第二Y轴导轨、第一Y 轴电机、第二Y轴电机、第一 Y轴丝杆、第二Y轴丝杆、第一 Y轴车载板和第二Y轴车载板;所述 第一 Y轴导轨、第二Y轴导轨、第一 Y轴电机、第二Y轴电机、第一 Y轴丝杆和第二Y轴丝杆设置 在所述基座上;所述第一 Y轴导轨和第二Y轴导轨平行，所述第一 Y轴车载板设置在所述第一 Y轴导轨上，所述第一 Y轴电机通过驱动第一 Y轴丝杆转动来带动第一 Y轴车载板沿第一 Y轴 导轨进行直线运动;所述第二Y轴车载板设置在所述第二Y轴导轨上，所述第二Y轴电机通过 驱动第二Y轴丝杆转动来带动第二Y轴车载板沿第二Y轴导轨进行直线运动;所述X轴基座的 一端固定在所述第一 Y轴车载板上，所述X轴基座的另一端固定在所述第二Y轴车载板上;所 述第一 Y轴车载板和第二Y轴车载板同步运动。
[0016] 所述的激光切割设备中，所述X轴导轨的两端设置有用于限制X轴车载板的行程的 X轴限位器。
[0017] 所述的激光切割设备中，所述X轴丝杆的末端设置有用于防止X轴车载板冲出基座 的X轴缓冲器。
[0018] 所述的激光切割设备中，所述切割头的底部设置有用于输入压缩气体的进气口和 用于输出压缩气体的气嘴;压缩气体从进气口进入后，通过气嘴输出到被切割的工件上，所 述圆偏振的激光束通过所述气嘴照射到被切割的工件上。
[0019] 相较于现有技术，本实用新型提供的一种激光切割设备，所述激光切割设备包括 切割头、激光器、混合光装置和反射式相位延迟器;所述混合光装置和反射式相位延迟器依 次设置在所述激光器的出射光的光路上，所述混合光装置用于将可见光混入到激光器出射 的激光束中，所述混合光装置将包含有可见光和激光的混合光束出射到反射式相位延迟器 中，所述反射式相位延迟器将线偏振的激光束转化成圆偏振的激光束，所述圆偏振的激光 束经切割头出射到被切割的工件上;所述激光切割设备还包括扩束镜，所述扩束镜设置在 混合光装置与反射式相位延迟器之间的光路上。本实用新型通过反射式相位延迟器将线偏 振激光束转化成圆偏振的激光束，不仅使切割缝宽一致，减少了挂渣现象，而且，无需采用 传统的波片实现圆偏振转化，使得光学系统更加简单，调节方便，降低了成本。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型提供的激光切割设备的光路示意图。
[0021 ]图2为本实用新型提供的激光切割设备的结构图。
[0022] 图3为本实用新型提供的激光切割设备中，激光束经过反射式相位延迟器
[0023] 的示意图。
[0024] 图4为本实用新型提供的激光切割设备中，切割头的左视图。
[002引图5为图帥A-A的剖视图。
[0026] 图6为本实用新型提供的激光切割设备中，切割头的正视图。
[0027] 图7为本实用新型提供的激光切割设备中，X轴行走装置的结构图。
[0028] 图8为本实用新型提供的激光切割设备中，Y轴行走装置的结构图。
[0029] 图9为本实用新型提供的激光切割设备中，数字控制系统的结构框图。
[0030] 图10为本实用新型提供的激光切割设备的外形图。
[0031] 图11为本实用新型提供的激光切割设备中，激光束通过棱镜的光路示意图。
[0032] 图12为本实用新型提供的激光切割设备中，激光束通过光束整形装置的光路示意 图。
[0033] 图13为本实用新型提供的激光切割设备的光路传输方法的方法流程图。
【具体实施方式】
[0034] 本实用新型提供一种激光切割设备。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更 加清楚、明确，W下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所 描述的具体实施例仅用W解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0035] 请参阅图1和图2,本实用新型提供一种激光切割设备，所述激光切割设备为二氧 化碳激光切割设备，包括切割头10、激光器110、混合光装置130和反射式相位延迟器150;所 述激光器为110为二氧化碳激光器;所述混合光装置130和反射式相位延迟器150依次设置 在所述激光器110的出射光的光路上;所述混合光装置130将可见光混入到激光器110出射 的激光束中，并将包含有可见光和激光的混合光束出射到反射式相位延迟器150中；所述反 射式相位延迟器150将线偏振的激光束转化成圆偏振的激光束，所述圆偏振的激光束经切 割头10出射到被切割的工件上。
[0036] 本实用新型通过反射式相位延迟器将线偏振激光束转化成圆偏振的激光束，不仅 使切割缝宽一致，减少了挂渣现象，而且，无需采用传统的波片实现圆偏振转化，使得光学 系统更加简单，调节方便，降低了成本。
[0037] 请一并参阅图3,所述反射式相位延迟器150为四分之一波长反射式相位延迟器， 所述混合光装置130出射的混合光束(包括激光束a和可见光）W45°的入射角入射到所述反 射式相位延迟器150中；所述混合光束中的激光束a的线偏振方向c与激光束所在的入射面A 成45°。换而言之，所述四分之一波长反射式相位延迟器的光轴面与混合光装置130的出射 光的线偏振方向呈45°。运样，四分之一波长反射式相位延迟器将线偏振的激光束a转化为 圆偏振激光束b，不损失激光束能量，获得圆偏振激光进行加工，切割时，不会出现挂渣现 象。所述反射式相位延迟器150不仅用于将线偏振光转化为圆偏振光，还用做反射镜，即，用 于改变所述混合光的光路，将入射的混合光反射出去。为了使得偏振方向平行于激光器110 底座或垂直于激光器110底座的激光束转化为圆偏振，本实用新型将激光器110绕激光束的 轴向旋转45°放置。
[0038] 所述混合光装置130包括用于提供可见光的指示光源131和合束镜132。具体的，激 光器110出射的激光束水平入射到合束镜132中，合束镜132与入射的激光束呈45°角，合束 镜132的上、下两个表面锻有对激光束有高透射率的高透射膜层，因此激光束可W高效的通 过，指示光源131发出指示光束，其波长为可见光范围，即位于4(K)nm-700nm范围。指示光束 W45°角度入射到合束镜132,合束镜132的上表面锻有对指示光束有的高反射率的高反射 膜层，所W指示光束就会被合束镜132的上表面反射，因为合束镜132与整形光束和指示光 束都是呈45°，所W经过合束镜132后，指示光束和整形光束重合。指示光束是可见光，所W 能够对调试过程进行指示，虽然整形光束不可见，但是可W通过与其重合的指示光束进行 调试，当指示光束调试完成，即意味着与其重合的整形光束也已经调试完成。
[0039] 本实用新型所述激光切割设备还包括扩束镜140,所述扩束镜140设置在混合光装 置130与反射式相位延迟器150之间的光路上，用于对混合光束进行扩束。所述扩束镜140的 镜片表面都锻有对激光束和指示光束有高透射率的高透射膜层，W便激光束和指示光束高 效透过。
[0040] 本实用新型所述激光切割设备还包括设置在反射式相位延迟器150出射光光路上 的第一反射镜160,所述切割头内还设置有依次设置在反射式相位延迟器150出射光光路上 的第二反射镜161、聚焦镜170和保护镜171。所述反射式相位延迟器150出射的混合光束经 聚焦镜170聚焦后，照射到被切割的工件上。
[0041] 具体的，所述第一反射镜160和第二反射镜161采用零相移反射镜片，对圆偏振激 光束的偏振态无影响，所述第一反射镜160和第二反射镜161的表面都锻有对激光束和指示 光束有高反射率的高反射膜层，因此激光束和指示光束都被高效反射。所述反射式相位延 迟器150出射的圆偏振激光束和指示光束W45°入射角入射到第一反射镜160中，第一反射 镜160出射的激光束和指示光束同样W45°入射角入射到第二反射镜161中，第二反射镜161 出射的激光束经聚焦镜170聚焦后，照射到被切割的工件上。
[0042] 由此可知，采用本实用新型提供的激光切割设备，能将线偏振激光束转化为圆偏 振激光束，使得在加工时，在不同的方向上，材料对激光的吸收率相同，所W可W避免切割 时，X方向和Y方向的线宽不一致，从而保证获得各个方向一致的切割缝宽，从而保证尺寸精 度，而且，也可W保证切割效果的一致，如材料切割缝边缘整齐、效果一致，底部挂渣的程度 一致均匀。另外，采用保护镜171，避免灰尘或切割碎屑污染切割头内部的上述光学设备。
[0043] 请参阅图4、图5和图6,所述切割头10还设置有用于调节聚焦镜170与被切割的工 件之间的距离的调高螺杆180,所述调高螺杆180竖直设置在所述切割头10的一侧，所述聚 焦镜170和保护镜171固定在所述调高螺杆180上。所述聚焦镜170可拆卸的安装在切割头10 内部的腔体中。
[0044] 所述切割头10的底部设置有用于输入压缩气体的进气口 190和用于输出压缩气体 的气嘴191;压缩气体从进气口 190进入后，通过气嘴191输出到被切割的工件上，所述圆偏 振的激光束通过所述气嘴191照射到被切割的工件上。
[0045] 所述调高螺杆180可W为手动调节螺杆或者电动调节，可带动聚焦镜170及保护镜 171上下移动，从而当更换不同焦距的聚焦镜170时，能够使聚焦光斑维持在被加工材料上。 例如，当更换焦距更短的聚焦镜170时，此时聚焦镜170距离被加工材料应该更近，所W可调 节调高螺杆180带动聚焦镜170下降，从而维持聚焦光斑在被加工材料上。本实用新型的保 护镜171位于聚焦镜170下方，具有防止灰尘污染聚焦镜170的作用。圆偏振激光束通过聚焦 镜170聚焦后，通过保护镜171，聚焦激光束通过气嘴191，聚焦到被加工材料上，对被加工材 料进行加工。
[0046] 请参阅图2,所述激光切割设备还包括基座40、用于驱动X轴行走装置20沿Y轴运动 的Y轴行走装置30W及用于驱动所述切割头10沿X轴运动的X轴行走装置20;所述Y轴行走装 置30设置在所述基座40上，所述X轴行走装置20设置在所述Y轴行走装置30上;所述切割头 10设置在所述X轴行走装置上。
[0047] 所述激光器110、混合光装置130、扩束镜140和反射式相位延迟器150均设置在所 述基座40上。所述激光器110与反射式相位延迟器150之间的光路与X轴方向平行，所述反射 式相位延迟器150与第一反射镜160之间的光路与Y轴方向平行，第一反射镜160与第二反射 镜161之间的光路与X轴方向平行。即，所述第一反射镜160设置在X轴行走装置20靠近第一 反射镜160的一端，所述切割头10设置在X轴行走装置20的另一端。运样设置，使得X轴行走 装置20和切割头10的移动均不会影响激光的正常输出。
[004引具体的，请参阅7,所述X轴行走装置20包括X轴基座210、X轴导轨220、X轴电机230、 X轴丝杆240、X轴车载板250和安装板260 (安装板见图4-图6 );所述X轴基座210设置在所述Y 轴行走装置30上，所述X轴导轨220、X轴电机230和X轴丝杆240均设置在所述X轴基座210上， 所述安装板固定在所述X轴车载板250的侧边，所述X轴车载板250设置在所述X轴导轨220 上，所述X轴电机230通过驱动X轴丝杆240转动来带动X轴车载板250沿X轴导轨220进行直线 运动。所述X轴丝杆240设置在X轴导轨220中间。
[0049] 所述X轴车载板250与X轴基座210的两个端部之间均设置有弹性可伸缩的X轴防尘 罩270。所述X轴防尘罩270-端固定在X轴基座210的端部，所述X轴防尘罩270的另一端固定 在X轴车载板250上，所述X轴防尘罩270罩设在所述X轴导轨220上，避免X轴行走装置20内部 进入灰尘。
[0050] 所述X轴导轨220的两端设置有用于限制X轴车载板250的行程的X轴限位器280;所 述X轴丝杆240的末端设置有用于防止X轴车载板250冲出基座的X轴缓冲器290。所述X轴车 载板250在运动过程中，通过安装在导轨两端的X轴限位器280控制X轴车载板250的活动行 程，当X轴车载板250运动至化轴限位器280处时，将触发X轴限位器280限位，X轴车载板250将 立即减速。为了保证X轴车载板250运动过程中不会冲出机台范围，在X轴丝杆240的末端安 装X轴缓冲器290, W防止X轴车载板250运动时冲出导轨。
[0051] 所述基座40上表面设置有凹陷的、用于固定被加工材料的固定台410,所述固定台 410内设置有凹槽，便于固定厚度不一的材料。所述基座40为大理石基座，本实用新型的X轴 行走装置20及Υ轴行走装置30安装在大理石基座上，大理石基座能够保证ΧΛ轴高速运动过 程中的稳定性。
[0052] 请一并参阅图8,所述Υ轴行走装置30包括第一 Υ轴导轨321、第二Υ轴导轨322、第一 Υ轴电机331、第二Υ轴电机332、第一 Υ轴丝杆341、第二Υ轴丝杆342、第一 Υ轴车载板351和第 二Υ轴车载板352;所述第一 Υ轴导轨321、第二Υ轴导轨322、第一 Υ轴电机331、第二Υ轴电机 332、第一 Υ轴丝杆341和第二Υ轴丝杆342设置在所述基座40上;所述第一 Υ轴导轨321和第二 Υ轴导轨322平行，所述第一 Υ轴车载板351设置在所述第一 Υ轴导轨321上，所述第一 Υ轴电机 331通过驱动第一 Υ轴丝杆341转动来带动第一 Υ轴车载板351沿第一 Υ轴导轨321进行直线运 动;所述第二Υ轴车载板352设置在所述第二Υ轴导轨322上，所述第二Υ轴电机332通过驱动 第二Υ轴丝杆342转动来带动第二Υ轴车载352板沿第二Υ轴导轨322进行直线运动;所述X轴 基座210的一端固定在所述第一 Υ轴车载板上351，所述X轴基座210的另一端固定在所述第 二Υ轴车载板352上;所述第一 Υ轴车载板351和第二Υ轴车载板352同步运动。
[0053] 所述第一 Υ轴车载板351与第一 Υ轴丝杆341的起始端之间设置有弹性可伸缩的Υ轴 防尘罩370。所述第二Υ轴车载板352与第二Υ轴丝杆342的起始端之间同样设置有弹性可伸 缩的Υ轴防尘罩370。所述Υ轴防尘罩370罩设在相应的Υ轴导轨上，避免Υ轴行走装置30内部 进入灰尘。
[0054] 所述第一 Υ轴导轨321的两端和第二Υ轴导轨322的两端均设置有Υ轴限位器380,分 别用来限制各自的车载板的行程。所述第一 Υ轴丝杆341的末端和第二Υ轴丝杆342的末端均 设置有用于防止各自车载板冲出基座的Υ轴缓冲器390。所述Υ轴限位器380、Υ轴缓冲器390 的作用的原理与X轴限位器280、Χ轴缓冲器290相同，在此不再寶述。当然，所述巧邮良位器 380也可只安装在一个Υ轴导轨上，本实用新型不作限定。
[0055] 本实用新型的Υ轴行走装置30负载X轴行走装置20,所WY轴行走装置30的负载较 大，因此本实用新型采用左边和右边两套电机驱动，增加驱动力，提高运行加速度及速度， 能够提高加工效率，同时保证高速运动过程中的稳定性。
[0056] 进一步的，请参阅图9,本实用新型提供的激光切割设备，还包括用于控制激光切 割设备的数字控制系统50、用于输入用户的操作指令的输入设备510、用于控制气嘴输出气 体的流量的电气控制阀520W及显示器530。所述输入设备510包括鼠标和键盘等，所述数字 控制系统50包括工控机和运动控制卡等。
[0057] 将图档或者操作指令导入到数字控制系统50,然后由数字控制系统50控制X轴电 机230、第一Υ轴电机331、第二Υ轴电机332进行运动，从而实现不同图形轨迹的运动，同时数 字控制系统50控制激光器110的开、关及输出功率、频率等，并控制电气控制阀520，实现气 体的开、关。从而实现对不同材料的激光加工。本实用新型的激光切割设备在加工部分材料 时需要使用辅助气体，即在加工过程中气体从进气口进入到切割头内，并同激光束一起从 气嘴的中屯、射出，从而将激光束烙化的材料及时吹除，从而实现激光切割。本实用新型的激 光切割设备所需要的气体来自于空气压缩机产生的压缩气体，然后经过气体过滤装置，过 滤掉多余的水分、油等杂质，从而获得洁净度较高的气体，W便于激光加工，然后到达调压 阀，调压阀可W调节气体的流量，从而控制加工时所用的气体的流量，然后到达电气控制阀 520,电气控制阀520受数字控制系统50控制，可W开、关，从而实现在加工过程中有无辅助 气体的控制，气体最后进入激光切割头，并从气嘴中屯、处射出。
[0058] 请参阅图10,本实用新型提供的激光切割设备，包括主壳体60和电器柜70,所述基 座40W及基座40上Y轴行走装置30和X轴行走装置20均设置在主壳体60内，所述主壳体60设 置在电气柜70的上方。电器柜口 710位于设备的前面。所述激光切割设备的上下料口 610位 于设备前面，可W上下移动，从而开启或者关闭设备，从而可W上料、下料。所述显示器530 及开关按钮组540位于设备的右侧，报警灯550位于设备的右上角顶部，报警灯550采用Ξ色 灯，红色表示设备故障，黄色表示待机，绿色表示设备正常运行。
[0059] 本实施例的主壳体60采用封闭式结构，其作用有W下几个方面：可W防止激光福 射对操作人员的影响，W及在机械运行时，对操作人员安全保护；采用分体封闭式结构，即 主壳体60和电气柜70分开，运样在电气柜70上安装空调，保证电控柜内恒溫，保证激光器及 各电控元件在最佳性能溫度范围内工作;可W收集激光切割产生的烟尘，排出车间，防止激 光切割产生的烟尘向外散发;可W降低激光切割产生的噪音。
[0060] 请参阅图11，本实用新型提供的激光切割设备，本实用新型提供的激光切割设备 还包括用于将激光器110出射的、径向截面为楠圆的激光束整形成径向截面为圆形的激光 束的光束整形装置120。所述光束整形装置120设置在激光器110与混合光装置130之间的光 路上;所述光束整形装置120包括设置在激光器出射光的光路上的棱镜121;所述棱镜121的 第一侧面1211与激光器110的出射光垂直，激光器射出的激光束（图中实线箭头所示)垂直 第一侧面1211进入棱镜121，并在棱镜121的第二侧面1212发生折射后射出；所述棱镜121的 主截面与所述楠圆的长轴D1平行，所述棱镜的顶角Θ小于棱镜的第二侧面1212发生全反射 的临界角。
[0061] 由于所述棱镜的主截面与所述楠圆的长轴D1平行，故光斑(径向截面)为楠圆的激 光束通过棱镜后，其长轴的长度被压缩，短轴的长度不变，因此，原本激光束的光斑为楠圆， 经过棱镜的整形后，光斑趋向于圆形，提高了激光束的一致性，使激光切割设备切割材料 时，切割的效果一致。
[0062] 如图11所示，入射光束垂直于棱镜121的第一侧面1211入射，因为垂直入射第一侧 面1211，所W在第一侧面1211上并没有反射和折射，光束继续传输到第二侧面1212,在第二 侧面1212处发生折射，入射角度即为棱镜的顶角Θ，折射角度为β，光束入射方向和折射后光 束方向之间的角度差为丫（图中未示出）。
[0063] 设棱镜121的折射率为η，空气的折射率为巧0,由折射定律得：
[0067]由于一般棱镜的折射率η大于1，属于光密介质，而空气折射率'辉为1，属于光疏介 质，根据光束折射定律，当光束由光密介质入射到光疏介质时，如果入射角Θ大于全反射的 临界角f，则光束将全部被反射回原介质。所W可得临界角f满足公式:巧X sin/二1。故 临界角/ = arcsmi。因此，棱镜的顶角Θ小于棱镜的第二侧面1212发生全反射的临界角 巧 f，确保了激光束不会在棱镜121中发生全反射，避免激光束损耗。
[0068] 本实施例中，所述棱镜121为砸化锋光模，即，所述光模采用砸化锋(ZnSe)作为光 模材料，砸化锋对激光器射出的激光的折射率为n=2.4,所W临界角f=24.624°。故，顶角Θ介 于0~24.624°之间的棱镜，均可用于本实用新型提供的外光路传输系统。
[0069] 图11中，棱镜121右侧为激光器射出的激光束(整形前的激光束），其波长范围为9~ Ι?μπι，整形前的激光束的径向截面为楠圆形（即，光斑为楠圆形），该楠圆长轴的长度为D1， 短轴的长度为D2,设楠圆长轴D1与短轴D2之比为U。棱镜的第二侧面1212出射的激光束的截 面理想的形状为圆形（即，光斑为圆形），该圆形的直径为D3,即，楠圆长轴D1方向上的光经 过棱镜121后，其长度被压缩成了 D3。所述棱镜的第一侧面1211和第二侧面1212的表面均覆 盖有(锻有)高透射膜层，所述高透射膜层对激光束有高透过率，使得激光束高效透射。
[0070] 由于激光束垂直棱镜121的第一侧面1211进入，故激光束照射到第二侧面1212上 形成的光斑也是楠圆，其长轴的长度L=Dl/cos0。激光束经过第二侧面1212的折射后出射， 形成光斑，该光斑的直径D3=L X cosi3。由于激光器10射出的激光束的光斑的短轴D2与棱镜 121的主截面垂直，故激光束经过棱镜121后，其光斑短轴的长度不变，仅在短轴W外的其他 方向上被压缩，长轴的长度压缩得最多。因此，想要棱镜的第二侧面1212出射的激光束的光 斑为圆形，只需让D3=D2即可，换而言之，棱镜的第二侧面1212出射的激光束的径向截面的 长轴D3与激光器10射出的激光束的径向截面的短轴长度D2相等，即可使棱镜的第二侧面 1212出射的激光束的径向截面为圆形，D3就是该圆的直径。由此，我们可W推算：
[0071] u=Dl/D2=Dl/D3=(LXcos目）/化Xcos0)= cos目/ COS0;
[0074] 因此，所述棱镜的顶角Θ只要满足上述公式（1)，经过棱镜121后出射的激光束 的径向截面就是圆形。考虑到空气的折射率:?为1，公式（1)还可W简化为：
[0075] 本实用新型提供的激光切割设备，在光束整形装置中，根据激光器射出的激光束 光斑的长短轴之比，只需设置一个顶角Θ满足公式（1)的棱镜，让该棱镜的第一侧面与激光 束垂直，即可将横截面为楠圆形的激光束整形成横截面为圆形的激光束，本实用新型相对 其他光束整形系统，结构简单，无需复杂的光路设计，调节方便，成本低廉，适用范围广。
[0076] 请参阅图12,所述光束整形装置120还包括用于使光束整形装置120的出射光与激 光器110的出射光平行的激光反射镜122。所述激光反射镜122可设置在棱镜121和激光器 110之间，也可W设置在棱镜121的出射光的光路上。本实施例中，所述激光反射镜122可转 动的设置在所述棱镜121和激光器110之间的光路上，所述激光反射镜122具体用于改变激 光器110射出的激光束的路径，使激光束垂直入射到所述棱镜121的第一侧面1211上。当然， 所述棱镜121同样可转动的设置在激光反射镜122反射光的光路上。即，所述激光反射镜122 和棱镜121均可绕垂直于整形前激光束入射方向的轴旋转，也就是可W绕垂直于棱镜主截 面的轴旋转。激光反射镜122可W绕垂直于棱镜主截面的轴旋转，所W可W保证实现对水平 方向入射的整形前激光束进行角度调整，使得整形前的激光束能够垂直于棱镜的第一侧面 1211入射到棱镜121中。联合调节激光反射镜122和棱镜121与水平方向的夹角，则可实现对 水平入射的整形前激光束进行角度调节，并保证其能够垂直入射到棱镜121的第一侧面 1211，并保证整形后的激光束的出射方向也为水平方向。所述激光反射镜122的表面设置有 高反射膜层，换而言之，所述激光反射镜122的表面锻有对整形前的激光束具有高反射率的 膜层。
[0077] 综上所述，本实用新型提供的激光切割设备，具有如下有益效果：
[0078] 1:本实用新型中激光器绕激光束方向旋转45°放置，并通过配合使用45°设置的反 射式相位延迟器，将入射线偏振光束转化为圆偏振光束。常见的光学系统中采用波片实现 圆偏振光束，而本实用新型的减少了波片，使得光学系统更加简单，调节方便，降低了成本。
[0079] 2:本实用新型能够将线偏振的激光束转化为圆偏振，采用圆偏振激光束加工，在 不同的方向上，材料对激光的吸收率相同，所W可W避免切割时，X方向和Y方向的线宽不一 致，从而保证获得各个方向一致的切割缝宽，从而保证尺寸精度。也可W保证切割效果的一 致，如材料切割缝边缘整齐、效果一致，底部挂渣的程度一致均匀。另外，采用圆偏振激光进 行加工，可W保证在加工过程中每个方向上都达到最大的切割效率。
[0080] 3:本实用新型的聚焦镜安装在调高螺杆上，可通过手动或者电动调节，从而适用 不同的焦距的聚焦镜，并始终保持聚焦光斑在被加工材料固定台上。
[0081] 4:本实用新型的Χ/?轴行走装置位于大理石基座上，可W保证高速运动时，机台的 稳定性。
[0082] 5:本实用新型的Y轴行走装置采用左边和右边两套驱动系统同时驱动，增加驱动 力，提高运行加速度及速度，能够提高加工效率，同时保证高速运动过程中的稳定性。
[0083] 基于上述实施例提供的激光切割设备，本实用新型还提供一种激光切割设备的光 路传输方法，请参阅图13，所述光路传输方法包括步骤：
[0084] S10、激光器射出线偏振的激光束。具体的，激光器射出径向截面为楠圆、线偏振的 激光束;激光器射出的激光束垂直棱镜的第一侧面进入棱镜，并在棱镜的第二侧面发生折 射后射出；所述棱镜的主截面与所述楠圆的长轴平行，所述棱镜的顶角小于棱镜的第二侧 面发生全反射的临界角;所述棱镜的第二侧面将激光束出射到混合光装置中。
[0085] S20、混合光装置将可见光混入到激光器出射的激光束中，并将包含有可见光和激 光的混合光束出射到反射式相位延迟器中。
[0086] S30、所述反射式相位延迟器将线偏振的激光束转化成圆偏振的激光束。
[0087] S40、所述反射式相位延迟器出射的混合光束经聚焦镜聚焦后，照射到被切割的工 件上。
[0088] 所述激光器的光路传输方法的其他特征和原理在上述实施例中已详细阐述，在此 不再寶述。
[0089]可W理解的是，对本领域普通技术人员来说，可W根据本实用新型的技术方案及 其实用新型构思加 W等同替换或改变，而所有运些改变或替换都应属于本实用新型所附的 权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种激光切割设备，其特征在于，包括切割头、激光器、混合光装置和反射式相位延 迟器;所述混合光装置和反射式相位延迟器依次设置在所述激光器的出射光的光路上，所 述混合光装置将可见光混入到激光器出射的激光束中，并将包含有可见光和激光的混合光 束出射到反射式相位延迟器中，所述反射式相位延迟器将线偏振的激光束转化成圆偏振的 激光束，所述圆偏振的激光束经切割头出射到被切割的工件上;所述激光切割设备还包括 扩束镜，所述扩束镜设置在混合光装置与反射式相位延迟器之间的光路上。2. 根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述反射式相位延迟器为四分之 一波长反射式相位延迟器，所述混合光装置出射的混合光束以45°的入射角入射到所述反 射式相位延迟器中；所述混合光束中的激光束的线偏振方向与激光束所在的入射面成45°。3. 根据权利要求2所述的激光切割设备，其特征在于，所述切割头内设置有位于反射式 相位延迟器的出射光光路上的聚焦镜，所述反射式相位延迟器出射的混合光束经聚焦镜聚 焦后，照射到被切割的工件上。4. 根据权利要求3所述的激光切割设备，其特征在于，所述切割头还设置有用于调节聚 焦镜与被切割的工件之间的距离的调高螺杆，所述聚焦镜固定在所述调高螺杆上。5. 根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光切割设备还包括基座、 用于驱动X轴行走装置沿Y轴运动的Y轴行走装置以及用于驱动所述切割头沿X轴运动的X轴 行走装置;所述Y轴行走装置设置在所述基座上，所述X轴行走装置设置在所述Y轴行走装置 上;所述切割头设置在所述X轴行走装置上。6. 根据权利要求5所述的激光切割设备，其特征在于，所述X轴行走装置包括X轴基座、X 轴导轨、X轴电机、X轴丝杆、X轴车载板和安装板;所述X轴基座设置在所述Y轴行走装置上， 所述X轴导轨、X轴电机和X轴丝杆均设置在所述X轴基座上，所述安装板固定在所述X轴车载 板的侧边，所述X轴车载板设置在所述X轴导轨上，所述X轴电机通过驱动X轴丝杆转动来带 动X轴车载板沿X轴导轨进行直线运动。7. 根据权利要求6所述的激光切割设备，其特征在于，所述Y轴行走装置包括第一 Y轴导 轨、第二Y轴导轨、第一 Y轴电机、第二Y轴电机、第一 Y轴丝杆、第二Y轴丝杆、第一 Y轴车载板 和第二Y轴车载板;所述第一 Y轴导轨、第二Y轴导轨、第一 Y轴电机、第二Y轴电机、第一 Y轴丝 杆和第二Y轴丝杆设置在所述基座上;所述第一 Y轴导轨和第二Y轴导轨平行，所述第一 Y轴 车载板设置在所述第一 Y轴导轨上，所述第一 Y轴电机通过驱动第一 Y轴丝杆转动来带动第 一 Y轴车载板沿第一 Y轴导轨进行直线运动;所述第二Y轴车载板设置在所述第二Y轴导轨 上，所述第二Y轴电机通过驱动第二Y轴丝杆转动来带动第二Y轴车载板沿第二Y轴导轨进行 直线运动;所述X轴基座的一端固定在所述第一 Y轴车载板上，所述X轴基座的另一端固定在 所述第二Y轴车载板上;所述第一 Y轴车载板和第二Y轴车载板同步运动。8. 根据权利要求6所述的激光切割设备，其特征在于，所述X轴导轨的两端设置有用于 限制X轴车载板的行程的X轴限位器。9. 根据权利要求6所述的激光切割设备，其特征在于，所述X轴丝杆的末端设置有用于 防止X轴车载板冲出基座的X轴缓冲器。10. 根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述切割头的底部设置有用于 输入压缩气体的进气口和用于输出压缩气体的气嘴;压缩气体从进气口进入后，通过气嘴 输出到被切割的工件上，所述圆偏振的激光束通过所述气嘴照射到被切割的工件上。
【文档编号】B23K26/38GK205614197SQ201620084850
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】肖磊, 赵建涛, 徐地华
【申请人】昆山市正业电子有限公司