专利名称：激光切割系统调焦装置及调焦方法
技术领域：
本发明涉及激光切割系统调焦装置，同时，本发明还涉及使用所述激光切割系统调焦装置的调焦方法。
背景技术：
激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走， 达到切割材料的目的。激光切割，由于是用激光刀代替了传统的机械刀，激光刀头的机械部分与工作台无接触，在工作中不会对工作表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整， 一般无需后续加工；切割热影响区小，板材变形小，切缝窄(O. lmm-o. 3mm)；切口没有机械应力，无剪切毛刺；加工精度高，重复性好，不损伤材料表面；数控编程，可加工任意的平面图，可以对幅面很大的整板切割，无需开模具，经济省时。激光切割主要是C02激光切割，C02激光切割是用聚焦镜将C02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。C02激光切割技术比其他方法的明显优点是切割质量好，切口宽度窄(一般为0. 1-0. 5mm)、精度高(一般孔中心距误差 0. 1-0. 4mm,轮廓尺寸误差0. 1-0. 5mm)、切口表面粗糙度好(一般Ra为12. 5_25um)，切缝一般不需要再加工即可焊接。其次切割速度快，例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1. 6m/min ；2mm厚的不锈钢切割速度为3. 5m/min，热影响区小，变形极小。再次清洁、 安全、无污染，大大改善了操作人员的工作环境。通常，激光切割系统在刚开机时，或是更换一种切割物品，或者切割平面有所变化时，首先要确定激光的焦点是否落在切割平面上，才能最有效率地进行切割。常用调焦方法是在切割平面上放置一测试部件，然后让激光出光，反复调节Z轴聚焦镜出光口与切割面测试部件的距离(一般激光出光Z轴方向与切割面垂直)，然后根据激光产生的切割火花的强弱初步判断激光焦点的位置，只有当切割火花为最大时才表示切割平面处于激光焦平面，然后再进行切割的基本操作。然尔，上述调焦方式只能采用手动方法，通过肉眼观测切割火花强弱，往往需要进行反复校准才能找到正确的焦平面，不仅耗时耗力，操作繁琐，同时肉眼观测容易造成误差，降低切割效率。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低廉，操作简单、效率高的激光切割系统调焦装置和调焦方法。—种激光切割系统调焦装置，包括具有倾斜测试平面的测量台及垂直于切割平面的测量尺，所述测量台的测试平面用于承载切割测试件并使切割测试件与切割平面相交， 从而检测切割激光的焦平面位置，所述测量尺用于测量所述焦平面与切割平面之间的垂直
3距离。进一步地，所述测量台为一纵切面是直角三角形的三角台，所述三角台包括两相互垂直的第一矩形平面和第二矩形平面、均垂直于所述矩形的两个三角面，以及一个垂直于所述两个三角面并与所述第一、第二矩形平面相交的斜面。进一步地，所述第一矩形平面平行于激光切割系统的切割平面，所述测量尺设置在所述三角面上，且垂直于切割平面，所述斜面为测试平面。进一步地，所述激光切割系统调焦装置还包括平板状切割测试件，所述平板状切割测试件设置在所述测量台的测试平面。进一步地，将激光切割系统的激光垂直于切割平面，沿测试平面倾斜方向切割所述测试件，并在所述测试件上形成一切割痕迹，所述切割痕迹最深处的中心点为所述激光切割系统的激光聚焦点，所述聚焦点所在的平行于切割平面的平面为激光的焦平面。一种使用上述激光切割系统调焦装置的调焦方法，所述调焦方法包括步骤设置一平面切割测试件于所述测量台，所述平面切割测试件相交于切割平面；沿切割平面移动切割激光，在所述切割测试件上形成一切割痕迹；识别所述切割痕迹的深度较深段长度，并识别所述较深段切割痕迹的中点，所述中点所在平行于所述切割平面的平面为激光的焦平面。进一步地，进一步包括步骤，设置被切割物体于切割平面；测量激光焦平面与被切割物体之间的垂直距离；缩小激光焦平面与被切割物体之间的垂直距离，所述缩小的垂直距离等于所述激光焦平面与被切割物体之间的垂直距离。进一步地，所述测量台为一纵切面直角三角形的三角台，所述三角台包括两相互垂直的第一矩形平面和第二矩形平面、二均垂直于所述矩形平面的三角面，以及以与所述第一、第二矩形平面和所述二三角面相交的斜面。进一步地，所述第一矩形平面平行与激光切割系统的切割平面，所述测量尺设置在三角面上，且垂直于切割平面，所述斜面为测试平面，通过所述测量尺测量所述激光焦平面与被切割物体之间的垂直距离。进一步地，所述切割测试件的材料与被切割物体的材料相同。本发明激光切割系统调焦装置具有结构简单、成本低廉、安装操作方便的。同时本发明激光切割系统调焦装置的方法简单，能够保证快速、准确、直观地使激光的聚焦点落在切割平面上，减少因为调焦过程而浪费的时间，大大提高生产效率。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1为本发明激光切割调焦装置的结构示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种激光切割系统调焦装置和调焦方法。请参看图1，图1所示为本发明激光切割调焦装置的结构示意图。本发明激光切割系统调焦装置100包括一测量台1、一测量尺3和一切割测试件2。
所述测量台1为一纵切面直角三角形的三角台，所述三角台包括两相互垂直的第一矩形平面A⑶D’和第二矩形平面A’ C’ DD’、均垂直于所述第一矩形平面A⑶D’和第二矩形平面A’ C’ DD'的第一三角面CC’ D和第二三角面AA’ D’，以及与所述第一矩形平面A⑶ D，、第二矩形平面A，C，D D，、第一三角面CC，D和第二三角面AA，D，相交的斜面AA，C，C。 其中所述第一矩形平面ACDD’平行于切割平面，所述第二三角面AA’ D’垂直于切割平面且平行于激光出射方向。所述斜面AA’ C’ C为测试平面。所述切割平面为被切割物体(一般为平面片状物体)所在的平面，切割平面一般设置为与激光出射方向垂直，这样有利于激光的聚焦和能量的集中，切割平面如图1中所示的平面Ere。当然，在一些特别的装置中，切割平面并非垂直于激光出射方向，而是与激光出射方向成一定的角度。无论采用怎样的设置方式，一般要求切割平面与激光出射头的距离要保持一定，从而使激光经过聚焦镜能够准确聚焦于被切割物体上，完成均勻的切割动作。本实施例中仅是以激光出射方向垂直于切割平面的情况为例介绍发明内容，并不构成对本发明的限制。所述测量尺3设置在所述第一三角面CC’ D与所述第二矩形平面A’ C’ DD'相交棱上，用于测量垂直于焦平面的距离，所述焦平面即为激光汇聚点所在的平面，焦平面同时还与激光光束的传输方向垂直。所述切割测试件2为平板测试件，一般的，其材料与被切割物体材料相同或相似， 如铝、铜、铁等，其设置在所述斜面AA’ C’ C上，进一步，可用固定件，图1所示的固定件5固定在所述斜面AA’ C’ C上。使用所述激光切割调焦装置100的调焦方法如下所述步骤Si，设置被切割物体平行于切割平面；步骤S2，设置所述平面切割测试件2于所述斜面AA’C’C上，且所述平面切割测试件2所在平面相交于预定的切割平面；步骤S3，沿切割平面方向移动切割激光，使切割激光在所述切割测试件2上形成一切割痕迹L，由于切割激光在所述切割测试件2上行程较长，其激光聚焦点经过所述切割痕迹L，并且在所述切割痕迹L上形成的切割深度比非激光聚焦点深；步骤S4,然后，撤销激光，并识别所述切割痕迹L的深度较深的长度PQ，并识别测量所述较深切割痕迹的中点H，则所述中点H所在的平行于所述切割平面的平面即为激光的焦平面，激光的焦平面同时也是聚焦镜的焦平面；步骤S5，利用所述测量尺3测量激光的焦平面与被切割物体之间的垂直距离，由于所述测量尺3设置在所述第一三角面CC’ D与所述第二矩形平面A’ C’ DD'相交棱上，可方便直接读出所述焦平面与被切割物体之间的垂直距离，如测量尺上的点I与点E之间的距离，所述距离即为激光焦平面与被切割物体之间的垂直距离，亦即所述激光焦平面与切割平面之间的垂直距离；此时，可以直接降低/升高所述激光出射头的高度，也可以提升/ 降低被切割物体的高度，也可以降低/升高聚焦镜的高度，只要能够缩小二者之间的距离即可，其中所述激光出射头降低/升高的高度或被切割物体提升/降低的高度等于所述激光焦平面与切割平面之间的垂直距离。以上步骤即完成激光切割系统的调焦，可以开起激光切割机，开始工作。当然，为了更精确地调整激光切割机的焦距，可以多次重复上述步骤1-步骤5，直到测量所得的激光焦平面处于被切割物体所在平面，则表示聚焦调整到位。本发明激光切割系统调焦装置具有结构简单、成本低廉、安装操作方便的优点。同时本发明激光切割系统调焦装置的方法简单，能够保证快速、准确、直观地使激光的聚焦点落在切割平面上，减少因为调焦过程而浪费的时间，大大提高生产效率。在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
权利要求
1.一种激光切割系统调焦装置，其特征在于包括具有倾斜测试平面的测量台及垂直于切割平面的测量尺，所述测量台的测试平面用于承载切割测试件并使切割测试件与切割平面相交，从而检测切割激光的焦平面位置，所述测量尺用于测量所述焦平面与切割平面之间的垂直距离。
2.如权利要求1所述的激光切割系统调焦装置，其特征在于所述测量台为一纵切面是直角三角形的三角台，所述三角台包括两相互垂直的第一矩形平面和第二矩形平面、均垂直于所述矩形的两个三角面，以及一个垂直于所述两个三角面并与所述第一、第二矩形平面相交的斜面。
3.如权利要求2所述的激光切割系统调焦装置，其特征在于所述第一矩形平面平行于所述激光切割系统的切割平面，所述测量尺设置在所述三角面上，且垂直于切割平面，所述斜面为测试平面。
4.如权利要求3所述的激光切割系统调焦装置，其特征在于进一步包括平板状切割测试件，所述平板状切割测试件设置在所述测量台的测试平面。
5.如权利要求4所述的激光切割系统调焦装置，其特征在于将激光切割系统的激光垂直于切割平面，沿测试平面倾斜方向切割所述测试件，并在所述测试件上形成一切割痕迹，所述切割痕迹最深处的中心点为所述激光切割系统的激光聚焦点，所述聚焦点所在的平行于切割平面的平面为激光的焦平面。
6.一种使用如权利要求1所述激光切割系统调焦装置的调焦方法，所述调焦方法包括步骤设置一平面切割测试件于所述测量台，所述平面切割测试件相交于切割平面；沿切割平面移动切割激光，在所述切割测试件上形成一切割痕迹；识别所述切割痕迹的深度较深段长度，并识别所述较深段切割痕迹的中点，所述中点所在平行于所述切割平面的平面为激光的焦平面。
7.如权利要求6所述的调焦方法，其特征在于进一步包括步骤，设置被切割物体于切割平面；测量激光焦平面与被切割物体之间的垂直距离；缩小激光焦平面与被切割物体之间的垂直距离，所述缩小的垂直距离等于所述激光焦平面与被切割物体之间的垂直距离。
8.如权利要求7所述的调焦方法，其特征在于所述测量台为一纵切面直角三角形的三角台，所述三角台包括两相互垂直的第一矩形平面和第二矩形平面、二均垂直于所述矩形平面的三角面，以及以与所述第一、第二矩形平面和所述二三角面相交的斜面。
9.如权利要求8所述的调焦方法，其特征在于所述第一矩形平面平行与激光切割系统的切割平面，所述测量尺设置在三角面上，且垂直于切割平面，所述斜面为测试平面，通过所述测量尺测量所述激光焦平面与被切割物体之间的垂直距离。
10.如权利要求9所述的调焦方法，其特征在于所述切割测试件的材料与被切割物体的材料相同。
全文摘要
本发明提供一种激光切割系统调焦装置及调焦方法。所述激光切割系统调焦装置包括具有倾斜测试平面的测量台及垂直于切割平面的测量尺，所述测量台的测试平面用于承载切割测试件并使切割测试件与切割平面相交，从而检测切割激光的焦平面位置，所述测量尺用于测量所述焦平面与切割平面之间的垂直距离。本发明具有结构简单，成本低廉，操作方便、直观的优点。本发明还提供一种使用所述激光切割系统调焦装置的调焦方法。
文档编号B23K26/04GK102463415SQ201010539799
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者樊仲维, 陈天广 申请人:北京国科世纪激光技术有限公司