专利名称：一种用于加工工件的激光装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光领域，具体地，涉及一种能够动态调节焦点位置的激光装置。
背景技术：
激光技术是涉及光、机、电、材料及测定等多门学科的一门综合技术。目前激光技术的应用越来越广泛，其中，应用最大的领域为激光加工技术领域。激光加工技术是利用高能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、标记、表面处理、打孔、微加工以及作为光源，识别物体的一门技术。激光加工技术是一种现代精密加工方法，与现有的机械加工、点火花加工等传统的加工方法相比，具有精度高、小型化、清洁无污染等优点。一般来说，用于激光加工的激光装置通常包括激光发生器、导光系统、加工机架、 操作系统及测定系统等；如图1所示，现有一种激光装置10’包括机架4’、激光发生器2’ 以及操作系统1’ ；所述机架4’上设有工作台41’，用于放置工件进行激光加工。所述激光发生器2’设有镜头22’，所述镜头22’朝向工作台41’设置，所述激光发生器2’发出的激光通过所述镜头22’对工件进行激光加工；所述激光发生器2的下方设有数根支撑杆21’， 所述激光发生器2’通过所述数根支撑杆21’安装于工作台41’的上方。所述激光发生器 2’与所述操作系统1’电连接，所述操作系统1’为计算机系统，主要包括计算机主机11’、 显示器12’、鼠标13’、控制面板14’、键盘15’等组成部件，操作系统1’控制所述激光发生器2’的激光输出，操作系统1’可对待加工的工件的图形进行识别、处理，使激光的输出与图形相匹配，能控制激光发生器2’输出的激光在待加工工件上加工出与输入操作系统1’ 的图形相同的图形。在采用激光装置进行激光加工的过程中，通常将工件放置在机架的工作台上，调整激光发生器的镜头与工件的距离，使激光的焦点落在工件的表面，然后进行工件的加工， 加工精度和效率高。然而，现有的激光发生器的镜头固定在加工机架上，会因焦点深度(简称焦深)不足，出现加工局限的问题，如果需要调节焦点的位置，则需要手动调节所述的数根支撑杆，操作麻烦。以激光打标为例，对一个连续的高低起伏的非平面工件，例如波浪形状的工件， 并且该工件的最高点到最低点的高度大于激光发生器的焦点深度。在进行激光打标时，必须分段打标，选择合适的打标图形和合适的焦点位置对第一阶段面进行激光打标，当打标的开始点到结束点的高度超过激光发生器焦点深度时，必须停止打标，手动调整激光发生器的镜头与工件另一阶段面的距离，使激光的焦点落到工件的表面上，选择相应的打标图形，然后对工件进行打标。连续的高低起伏的工件的最高点到最低点的高度超过激光发生器焦点深度几次，就要对激光发生器的镜头调整几次，重复上面的操作，才能完成了一个工件的打标。因而，对一个复杂的曲面工件进行打标时，需要多次手动调节激光发生器的镜头与工件之间的距离，所耗时间长，操作复杂，并且打标质量差。可以理解的是，本部分的陈述仅仅提供与本发明创造相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。 发明内容为了解决现有技术中的激光装置，对非平面工件进行激光加工，所耗时间长、操作复杂，并且激光加工的质量差的技术问题。本实用新型提供一种激光装置，包括机架、激光发生器以及操作系统；所述机架上设有工作台；所述激光发生器包括镜头，所述镜头朝向工作台设置；所述激光发生器安装于工作台的上方，并且激光发生器与所述操作系统电连接；其中所述激光装置还包括用于驱动激光发生器上、下移动的传动系统，以及用于测定工件的表面和所述镜头之间的可变距离、计算该可变距离与所述激光发生器发出的激光的焦点和所述镜头之间的固定距离的差异、并向所述操作系统发出信号的传感器；所述传动系统、传感器与操作系统电连接，所述激光发生器安装在所述传动系统上，所述操作系统接收所述传感器发出的信号并启动所述传动系统，所述传动系统带动所述激光发生器上、下移动。优选地，所述传感器安装于所述激光发生器的一侧，并朝向所述工作台设置。 优选地，所述传感器的下端与所述镜头相平齐。优选地，所述传动系统包括动力源、导向件、以及与所述导向件配合设置的移动件，所述导向件与动力源相连接，所述激光发生器安装于所述移动件上；所述操作系统与动力源电连接并启动所述动力源，所述动力源驱动所述导向件运转，所述导向件带动所述移动件及其上安装的激光发生器沿所述导向件上、下移动。优选地，所述动力源为步进电机，其靠近导向件的一侧设有输出轴；所述传动系统还包括变速箱，所述变速箱位于步进电机和导向件之间，变速箱与步进电机的输出轴相连接，并且变速箱靠近导向件的一侧设有传动轴。优选地，所述变速箱的传动轴与所述导向件垂直设置；所述传动系统还包括第一锥齿轮和与所述第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮，所述第一锥齿轮安装于变速箱的传动轴上，所述第二锥齿轮安装于导向件的下端。优选地，所述导向件为丝杆，所述移动件为丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述丝杆相啮合，所述丝杆旋转，带动所述丝杆螺母沿所述丝杆上升或下降。优选地，所述丝杆的两端分别安装有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承固定于机架上。优选地，所述丝杆与工作台垂直设置，所述丝杆螺母的一侧延伸设置有连接件；所述激光发生器的下方设有至少一根支撑杆，所述激光发生器通过所述至少一根支撑杆安装于工作台的上方，并通过所述至少一根支撑杆固定于所述连接件上。优选地，所述传动系统安装于工作台的下方，所述至少一根支撑杆穿过工作台固定于所述连接件上。优选地，所述操作系统为计算机系统。本实用新型的激光装置，通过设置传感器和传动系统，使传感器测定加工工件的表面与所述镜头的距离，若该距离大于或小于激光发生器发出的激光的焦点与所述镜头的距离，则反馈信号到操作系统，操作系统接收所述传感器发出的信号并开启所述传动系统，通过所述传动系统控制激光发生器的镜头上、下移动，以使激光焦点自动落到工件表面上； 因而，本实用新型的激光装置能够实现自动调节焦点位置，对有复杂的曲面工件能够实现一次性加工，耗费时间短，能够提高工作效率，并且能够有效提高激光加工的良率。
图1是现有的激光装置的结构示意图。图2是本实用新型的激光装置的结构示意图。图3是图2中的传动系统的结构示意图。图4是图2中的激光发生器的内部结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。如图2所示，图2是本实用新型的激光装置10的示意图，与现有的激光装置相似地，本实用新型的激光装置10包括机架4、激光发生器2以及操作系统1 ；所述机架4上设有工作台41，用于放置工件进行激光加工。所述激光发生器2包括镜头22，所述镜头22朝向工作台41设置，所述激光发生器 2发出的激光通过所述镜头22对工件进行激光加工，例如打标、焊接、切割等；所述激光发生器2的下方设有至少一根支撑杆21，优选地，在所述激光发生器2的下方设有数根支撑杆 21，所述激光发生器2通过所述数根支撑杆21安装于工作台41的上方。继续参阅图4，如图4所示为激光发生器2的激光头20的示意图；所述激光发生器2的主要部分是激光头20，所述激光头20包括振镜驱动器23、振镜电机M、扩束镜25、 指示红灯沈、激光输出头27 ；振镜电机M通过振镜驱动器23，驱动X、Y方向的振镜(未图示)偏转，使激光束X、Y方向移动；扩束镜25能够改变输出激光的光斑大小；激光输出头27 输出通过介质(光纤或者晶体管、二氧化碳)累积能量的激光经扩束镜25到达振镜。所述镜头22安装于激光头20上，并与所述振镜对应设置，激光输出头27输出的激光通过镜头22 输出到待加工工件的表面。上述激光头的结构与原理为激光行业所通用，是产生激光的基本结构，为本领域技术人员所知；区别仅在于不同的激光发生器的发生介质不同、扩束镜不同、以及各部件的位置有所区别等；另外，所述激光发生器2还包括内光路传输系统、外光路系统以及聚焦系统等，可采用现有技术实现，在此不做赘述。参阅图2，所述激光发生器2与所述操作系统1电连接，所述操作系统1为计算机系统，主要包括计算机主机11、显示器12、鼠标13、控制面板14、键盘15等组成部件，所述操作系统1控制所述激光发生器2的激光输出，操作系统1可对待加工的工件的图形进行识别、处理，使激光的输出与图形相匹配，能控制激光发生器2输出的激光在待加工工件上加工出与输入操作系统1的图形相同的图形；其控制部分可通过现有技术实现。本实用新型与现有技术的主要区别之处在于，在现有技术中，需要手动调整支撑杆21的长度来调整激光发生器2的镜头22与工件之间的距离，以使激光发生器发出的激光的焦点落在工件的表面；而在本实用新型中，通过设置传动系统3和传感器5，能够使激光发生器2根据待加工工件的表面状况在高度方向上实现自动的上、下移动，使激光的焦点落在工件的表面。参阅图2，所述传感器5安装于所述激光发生器2的一侧，并朝向所述工作台41设置，在优选情况下，所述传感器5的下端面与所述镜头22相平齐，以便于信号的发送、接收和处理。所述传感器5、传动系统3与操作系统1电连接。本实用新型的传感器5可通过发出和接受信号，测定工件的表面和所述镜头之间的可变距离，并计算该可变距离与所述激光发生器发出的激光的焦点和所述镜头之间的固定距离的差异(计算可变距离大于、小于还是等于固定距离)，并相应地向所述操作系统发出信号。具体来说，所述传感器5发出一个信号，该信号经过工件反射后回到传感器5，传感器5接收该反射信号，并将收集到的反射信号经过处理得到工件的待加工表面与激光发生器2的镜头22的距离，此距离因为待加工表面的高低变化而为一可变距离。由于对于同一激光发生器2，在不调节其内部结构的情况下，其焦点的位置恒定，因而将激光发生器2发出的激光的焦点与所述镜头22的距离设为固定值A，如果传感器5测定到工件的待加工表面与所述镜头22的距离大于或小于所述固定值A，则传感器5向所述操作系统1发出信号，相应地，所述操作系统1接收所述传感器2发出的信号并开启所述传动系统，所述传动系统3带动所述激光发生器上、下移动。例如当所述传感器5测定到的工件的待加工表面与所述镜头22的距离大于所述固定值A， 则传感器5向所述操作系统1发出相应的信号，所述操作系统1接收所述传感器2发出的信号并开启所述传动系统2，使所述传动系统3带动所述激光发生器2向下移动，直到所述传感器5测定到的工件的待加工表面与所述镜头22的距离等于所述固定值A，此时，所述传感器再次向所述操作系统1发出相应的信号，所述操作系统1关闭所述传动系统2，并开启所述激光发生器2，使所述激光发生器2通过镜头22发出激光对工件的待加工表面进行加工；具有上述功能的传感器5可通过现有技术实现。参阅图3，本实用新型的传动系统3包括动力源31、导向件35以及与所述导向件 35相配合的移动件36，所述导向件35与动力源31相连接，所述移动件36与所述激光发生器2相连接；所述操作系统1与所述动力源31电连接用于开启/或关闭所述动力源31，当所述动力源31开启时，驱动所述导向件35运转，所述导向件35带动所述移动件36沿所述导向件35上、下移动，以使所述激光发生器2上、下移动。如图3所示，在本实用新型优选实施例中。所述动力源31为步进电机31，步进电机31的精度高、价钱便宜、并且稳定性高，步进电机31设有输出轴311。而所述导向件35 为丝杆35，例如采用滚珠丝杆，所述移动件36则相应地为丝杆螺母36，所述丝杆螺母36 套设于所述丝杆35上，并与所述丝杆35相啮合。本领域的技术人员知道，丝杆是将回转运动转化为直线运动的传动结构，通过所述丝杆35旋转，可带动所述丝杆螺母36沿所述丝杆 35上升或下降。如图2所示，在本实施例中，所述传动系统3安装于工作台41的下方，所述丝杆35 与工作台41垂直设置，丝杆35的两端分别安装有第一轴承381和第二轴承382，第一轴承 381和第二轴承382固定于机架4上，以将所述丝杆35固定于机架4上；所述丝杆螺母36 的一侧延伸设置有连接件37，所述数个支撑杆穿过工作台41固定于所述连接件37上。在本实施例中，所述传动系统3还包括变速箱32，所述变速箱32位于步进电机31 和丝杆35之间，变速箱32与步进电机31的输出轴311相连接，变速箱32靠近丝杆35的一侧设有传动轴321。变速箱32主要作用在于改变步进电机31的转矩和转速的数值和方向，并且通过变速箱32输出的转矩和转速较为稳定，所述变速箱32已为本领域技术人员所公知，可通过现有技术实现。在本实施例中，所述丝杆35沿竖直方向放置，而所述步进电机31、变速箱32沿水平方向放置，以方便步进电机31、变速箱32放置并有效地利用空间。由于所述变速箱32的传动轴321与所述丝杆35垂直设置，因而进一步地，所述传动系统3还包括锥齿轮组33，所述锥齿轮组33包括相啮合的第一锥齿轮331和第二锥齿轮332，所述第一锥齿轮331安装于变速箱32的传动轴321上，所述第二锥齿轮332安装于丝杆35的下端，通过所述锥齿轮组33来实现变速箱32的传动轴321与丝杆35之间的传动，所述变速箱32的传动轴321 通过所述锥齿轮组33驱动所述丝杆35转动；可以理解的是，当变速箱32的传动轴321设置于竖直方向时，也可以将变速箱32的传动轴321与所述丝杆35直接连接。本实用新型公开的传动系统3通过如下方式进行工作所述操作系统3与所述步进电机31电连接，所述步进电机31的输出轴与变速箱32相连接，变速箱32的传动轴321 与锥齿轮组33相连接，所述操作系统3开启所述步进电机31，通过变速箱32输出转矩到锥齿轮组33，通过锥齿轮组33的传动使丝杆35转动，带动丝杆35上的丝杆螺母36上、下移动，再通过连接件37带动激光发生器2上、下移动，这样就能够调节焦点的位置，使之适应工件的表面位置的变化。需要指出的是，在本实用新型的其它实施例中，所述动力源可以是油缸、液压马达等其它提供能量的动力源，而所述的导向件则可以是活塞、柱塞等能够带动激光发生器上、 下移动的导向件。本实用新型的优选实施例关于步进电机驱动丝杆转动，并带动丝杆螺母移动的方式仅仅是本发明的优选方式，并不旨在限定所述的动力源、导向件以及移动件的种类及驱动方式，例如所述导向件还可以为蜗杆，而所述移动件还可以为蜗轮，可以理解的是，只要能够带动激光发生器上、下移动的传动系统的构造均可用于本实用新型。本实用新型的激光装置用于激光加工时，以对有复杂的曲面工件进行激光加工为例，首先、将待加工工件置于激光发生器2的镜头22下方的工作台41上，打开操作系统1 以及激光发生器2，向计算机主机11输入所要加工的图形，图形处理工作一切准备就绪以后就可以开始进行激光加工；传感器5经过发出、接收信号并对信号进行处理，计算出镜头 22与工件的待加工表面的距离，如果该距离大于激光发生器2发出的激光的焦点与所述镜头22的距离(设定为固定值A)，即此时激光的焦点位于工件的待加工表面的上方，传感器5 就发出信号给操作系统1，操作系统1控制传动系统3的运动，具体过程为计算机主机11 控制步进电机31的转动，步进电机31通过变速箱32带动锥齿轮组33、锥齿轮组33带动丝杠35转动，丝杆螺母36沿所述丝杆35下降，带动激光发生器2，使激光发生器2的镜头自动向下移动，直到镜头22发出的激光的焦点落在工件的待加工表面上的位置，此时激光发生器2的镜头22到工件的待加工点的距离即为所述固定值，传感器5反馈信号到操作系统 1，操作系统1控制激光发生器2发出激光，对工件的待加工点进行加工。反之亦然，当传感器5经过发出、接收信号并对信号进行处理，计算出镜头22与工件的待加工表面的距离，如果该距离小于激光发生器2发出的激光的焦点与所述镜头22的距离(设定为固定值A)，即此时激光的焦点位于工件的待加工表面的下方，传感器5就发出信号给操作系统1，通过操作系统1控制传动系统3的运动，具体过程为计算机主机11控制步进电机31的转动，步进电机31通过变速箱32带动锥齿轮组33、锥齿轮组33带动丝杠35转动，丝杆螺母36沿所述丝杆35上升，带动激光发生器2，使激光发生器2的镜头自动向上移动，直到镜头22发出的激光的焦点落在工件的待加工表面上的位置，此时激光发生器2的镜头22到工件的待加工点的距离即为固定值，之后，操作系统1控制激光发生器2发出激光，对工件的待加工点进行加工。在加工过程中，传感器时刻发出、接收、处理信号，通过操作系统1控制传动系统3补偿激光发生器2的镜头22到工件的待加工点的距离，将激光发生器2的镜头22到工件的待加工点的可变距离始终调节到与固定距离的固定值A相等，在该位置时，操作系统1 控制激光发生器2出光对工件进行加工，以此类推，重复上述工作步骤直到工件加工完成。综上所述，本实用新型的激光装置在对具有复杂曲面的工件进行激光加工，该工件上的最高点到最低点的高度大于激光发生器的焦点深度时，通过传感器测定加工工件的表面与所述镜头的可变距离，若该可变距离大于或小于所述激光发生器发出的激光的焦点与所述镜头的固定距离；则该传感器发出信号给操作系统，通过操作系统控制传动系统上、 下移动，使激光发生器的镜头上下移动，直到激光的焦点落在工件的待加工表面上，从而实现自动调节焦点位置的过程。本实用新型提供的激光装置通过设置传感器和传动系统，能够使激光发生器根据待加工工件的表面状况在高度方向上实现自动的上、下移动，激光发生器的移动带动镜头的上、下移动能够实现自动调节激光发生器的焦点位置的功能，对有复杂的曲面工件能够实现一次性加工，耗费时间短，使用方便，提高工作效率，并且能够有效提高激光加工的良率。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种用于加工工件的激光装置，包括机架、激光发生器以及操作系统；所述机架上设有工作台；所述激光发生器安装于工作台的上方，并且激光发生器与所述操作系统电连接；所述激光发生器包括镜头，所述镜头朝向工作台设置；其特征在于所述激光装置还包括用于驱动激光发生器上、下移动的传动系统，以及用于测定工件的表面和所述镜头之间的可变距离、计算该可变距离与所述激光发生器发出的激光的焦点和所述镜头之间的固定距离的差异、并向所述操作系统发出信号的传感器；所述传动系统、传感器与操作系统电连接，所述激光发生器安装在所述传动系统上，所述操作系统接收所述传感器发出的信号并启动所述传动系统，所述传动系统带动所述激光发生器上、下移动。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于所述传感器安装于所述激光发生器的一侧，并朝向所述工作台设置。
3.根据权利要求2所述的激光装置，其特征在于所述传感器的下端与所述镜头相平齐。
4.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于所述传动系统包括动力源、导向件、 以及与所述导向件配合设置的移动件，所述导向件与动力源相连接，所述激光发生器安装于所述移动件上；所述操作系统与动力源电连接并启动所述动力源，所述动力源驱动所述导向件运转，所述导向件带动所述移动件及其上安装的激光发生器沿所述导向件上、下移动。
5.根据权利要求4所述的激光装置，其特征在于所述动力源为步进电机，其靠近导向件的一侧设有输出轴；所述传动系统还包括变速箱，所述变速箱位于步进电机和导向件之间，变速箱与步进电机的输出轴相连接，并且变速箱靠近导向件的一侧设有传动轴。
6.根据权利要求5所述的激光装置，其特征在于所述变速箱的传动轴与所述导向件垂直设置；所述传动系统还包括第一锥齿轮和与所述第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮，所述第一锥齿轮安装于变速箱的传动轴上，所述第二锥齿轮安装于导向件的下端。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的激光装置，其特征在于所述导向件为丝杆，所述移动件为丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述丝杆相啮合，所述丝杆旋转，带动所述丝杆螺母沿所述丝杆上升或下降。
8.根据权利要求7所述的激光装置，其特征在于所述丝杆的两端分别安装有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承固定于机架上。
9.根据权利要求7所述的激光装置，其特征在于所述丝杆与工作台垂直设置，所述丝杆螺母的一侧延伸设置有连接件；所述激光发生器的下方设有至少一根支撑杆，所述激光发生器通过所述至少一根支撑杆安装于工作台的上方，并通过所述至少一根支撑杆固定于所述连接件上。
10.根据权利要求9所述的激光装置，其特征在于所述传动系统安装于工作台的下方，所述至少一根支撑杆穿过工作台固定于所述连接件上。
11.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于所述操作系统为计算机系统。
专利摘要本实用新型提供了一种用于加工工件的激光装置，包括机架、激光发生器以及操作系统；所述机架上设有工作台；所述激光发生器包括镜头，所述镜头朝向工作台设置；所述激光发生器的下方设有至少一根支撑杆，所述激光发生器通过所述至少一根支撑杆安装于工作台的上方，并且所述激光发生器与所述操作系统电连接；其中所述激光装置还包括传动系统、以及传感器；所述传动系统、传感器与操作系统电连接，所述激光发生器安装在所述传动系统上，所述操作系统接收所述传感器发出的信号并开启所述传动系统，所述传动系统带动所述激光发生器上、下移动。本实用新型的激光装置通过设置传动系统和传感器，能够实现自动调节激光发生器的焦点位置的功能。
文档编号B23K26/00GK202097496SQ20112003052
公开日2012年1月4日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者宫清, 张思权, 李永辉, 陈先兵, 陈大军 申请人:比亚迪股份有限公司