一种激光切割系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光切割技术领域，更具体的说，特别涉及一种激光切割系统。
【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，对于加工材料的精密切割日渐成为激光切割的主要发展方向。精密激光切割属于材料的微细加工范畴，需达到高精度、准确、迅速、自动化的加工方式，在精密激光切割中，气嘴与被切割材料表面的相对位置决定了切割断面质量及最佳切割速度。切割时，需要维持气嘴到工件表面的相对高度一致。对于材料厚薄不均匀、表面起伏不平的材料，普通的激光切割机不能够准确的对焦，造成切割质量下降，而且不能获得最佳的切割速度。
[0004]为了维持在切割过程中，气嘴与材料表面的相对高度一致，采用在气嘴上使用电容调高器进行调节及控制，即在气嘴上安装电容调高器，电容调高器和待切割的金属材料之间形成电容，通过检测两者形成的电容的大小，来调节Z轴的高度，从而维持气嘴和待切割材料之间的高度差恒定。但是使用电容调高器仅仅能够在切割金属时起作用，电容调高器在切割非金属时，因为形成的电容非常小，难以检测及控制，所以电容调高器无法用于非金属材料。
[0005]在切割中，为了提高切割质量，控制切割过程以及监视切割效果，需要对进行实时监控。所以激光切割中有可能需要实时监视、观察待切割材料表面的装置；
[0006]在激光切割中，为了清楚的实时观察、监视待切割材料表面，需要在待切割材料表面照射一定的光线，以便为实时观察、监视提供条件。所以激光切割中有可能需要为实时观察、监视提供照明。
[0007]激光切割中，还需要自动寻焦、调焦装置，实时监视、观察装置，照明装置等，但是并非所以激光切割应用都需要所有这些功能，所以考虑到成本问题、系统的复杂性，具体激光切割应用的具体需要等，所以需要将这些功能进行模块化，当激光切割应用需要某一功能时，具体的安装对应的装置模块，既能够节省成本，又能够降低系统复杂性以便实现。
[0008]目前激光切割普通使用激光切割头，在目前的激光切割头基础上，实现添加这些功能模块比较困难，所以需要改进光学系统的聚焦部分，以便各种装置模块完成其功能。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种激光切割系统，能够观察、检测待加工材料表面的图像，并能够自动调整加工光束的焦点。
[0010]为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为:
[0011]一种激光切割系统，该切割系统包括激光光源组件、光学组件、三维运动组件和计算机，其中三维运动组件包括xy轴移动平台和z轴移动平台，xy轴移动平台带动待加工材料实现X、y方向移动，z轴移动平台带动光学组件实现z方向移动；
[0012]所述激光光源组件发射第一加工激光束，第一加工激光束经过光学组件作用后，形成第二加工激光束和第三加工激光束聚焦在待加工材料上对其进行加工，第二加工激光束和第三加工激光束之间形成无激光束的第一区域；计算机分别与激光光源组件、光学组件、xy轴移动平台和Z轴移动平台连接。
[0013]所述切割系统还包括辅助气体装置，其设置在待加工材料和光学组件之间；辅助气体装置包括保护镜片和气嘴，气嘴的上部侧壁上加工有辅助气体入口，气嘴的顶部开口设置有保护镜片，底部中心的孔与待加工材料位置相对应。
[0014]所述激光光源组件包括激光器、滤光片、准直扩束装置和第一反射镜，其中激光器发射第一加工激光束，经过滤光片滤光后，到达准直扩束装置得到平行光束，并经过第一反射镜反射后进入光学组件。
[0015]所述光学组件包括第二反射镜和聚焦镜，第一加工激光束经过第二反射镜反射后到达聚焦镜，并经过聚焦镜作用后形成第二加工激光束和第三加工激光束。
[0016]所述聚焦镜的中心加工有通孔作为第二聚焦镜区域，聚焦镜上并位于通孔的两侧分别加工有弧面作为第一聚焦镜单元和第三聚焦镜单元，第一聚焦镜单元和第三聚焦镜单元均与第二反射镜的位置相对应，第二聚焦镜区域同轴位于第一区域上方。
[0017]所述光学组件还包括特殊功能模块，其同轴设置在第二聚焦镜区域的上方，对待加工材料表面进行实时监测、观察、采集和照明。
[0018]所述特殊功能模块采用实时监测装置，其包括电荷耦合器件和透镜组；第一加工激光束被待切割材料表面反射形成成像光束，成像光束穿过第二聚焦镜区域并经过透镜组透射聚焦后，到达电荷耦合器件，电荷耦合器件将接收到的光信号转化为电信号，并输出给计算机
[0019]所述特殊功能模块还采用自动调焦装置，实时监测装置还包括第一滤光片和第三反射镜，成像光束透过第三反射镜后到达透镜组，透镜组透射聚焦后的成像光束经过第一滤光片滤光处理后到达电荷耦合器件；
[0020]所述自动调焦装置包括探测光源、第一透镜、第四反射镜、第五反射镜、第二透镜、第二滤光片和采集光束接收器，探测光源发出探测光束，探测光束经过第一透镜透射后，被第四反射镜反射后，经过第五反射镜透射后，被第三反射镜反射，并穿过第二聚焦镜区域至待加工材料表面；
[0021]待加工材料的表面将探测光束部分反射形成采集光束，采集光束穿过第二聚焦镜区域，并依次被第三反射镜、第五反射镜反射后，经过第二透镜透射并经过第二滤光片滤光处理后，聚焦在采集光束接收器表面，采集光束接收器将采集到信号传输给计算机。
[0022]所述特殊功能模块还采用照明装置，其包括照明光源和第三透镜，照明光源发出照明光束，经过第三透镜透射后，并依次透过第四反射镜和第五反射镜，被第三反射镜反射后，穿过第二聚焦镜区域至待加工材料表面形成照明区域。
[0023]所述聚焦镜采用两片平面镜作为第一聚焦镜单元和第三聚焦镜单元，两者之间形成的区域作为第二聚焦镜区域；第二反射镜和聚焦镜能够互换位置。
[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0025]1、本发明中通过计算机控制，并通过三维移动组件带动光学组件和待加工材料运动，即能够调整光学组件与待加工材料之间的位置，其方便操作；如果待加工材料表面不平整、变形等，计算机将实时探测、采集、计算光学组件与待加工材料的相对位置，并控制三维移动组件进行实时调整，从而始终维持光学组件与待切割材料的相对位置，从而保证激光加工效果，加工质量稳定、均匀，并达到最佳加工效率。另外，普通的激光随动装置仅仅针对金属材料的切割，本发明中，无论任何材料类型，都可以使用其自动调焦功能，因此不受待切割材料种类的限制。
[0026]2、本发明能够不损失加工激光束的能量，聚焦镜内形成第二聚焦镜区域，其同轴位于第一区域上方，第一区域内不存在加工激光束，也就不存在加工激光束入射到待切割材料表面后被带切割材料表面反射的光，所以第一区域内不存在任何光束，因此方便在第一区域同轴空间内或上方安排光学元件、探测器、传感器等，实现实时监测，自动寻焦、调焦，照明等特殊功能。
[0027]3、本发明在第一区域同轴空间内设置特殊功能模块，其可以包含实时监测装置、自动调焦装置和照明装置这三部分，或者仅包含其中某中一部分，或者包含任意两部分；照明装置采用照明光源发射照明光束，能够将待切割材料表面进行照明，方便激光加工也方便于获得待切割材料表面的清晰的图像信息；此外，自动调焦装置能够始终维持待切割材料的表面与光学组件的相对距离，通过实时监测装置的电荷耦合器件