雷射切割設備及其檢測雷射穿孔的裝置的製作方法

2023-09-14 23:12:35 1

本實用新型涉及雷射加工領域，特別涉及雷射切割設備及其檢測雷射穿孔的裝置。

背景技術：

雷射切割是利用經聚焦的高功率密度雷射束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時藉助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開或穿孔。

雷射穿孔過程吹出的氣體，一方面作為保護氣體，保護切割頭內部光學器件不受穿孔過程熔渣汙染，一方面吹走加工區域熔渣。

在穿孔過程材料內部純度與厚度不均會對雷射穿孔周期產生影響，很難通過恆定的能量控制穿孔的時間。傳統檢測雷射穿孔的裝置是在切割頭內部光學器件基礎上進行加裝，具體是在切割頭內部加裝CCD相機通過折射鏡等器件，檢測雷射穿孔過程雷射聚焦材料上發出火花的大小，去判斷穿透與否。因視覺捕抓對環境亮度與材料表面反射度有較高要求，對於檢測銅鋁等表面反射性較強的材料則會影響相機成相，使穿孔檢測存在誤差。對於某些材料在穿孔過程會產生大量的菸灰，這會大大的影響視覺捕抓的準確性。而且，在生產中，常因加工材料不同需採用不同的切割頭，頻繁更換切割頭影響生產效率，且市面上帶檢測穿孔功能的切割頭並不多，需要專門定製，使得現有的檢測雷射穿孔的裝置適用範圍窄。

因而現有技術還有待改進和提高。

技術實現要素：

鑑於上述現有技術的不足之處，本實用新型的目的在於提供一種雷射切割設備及其檢測雷射穿孔的裝置，應對不同的加工材料，無需更換雷射切割頭，適用範圍廣。

為了達到上述目的，本實用新型採取了以下技術方案：

一種雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置，包括：

雷射切割頭；

用於檢測雷射切割頭開啟後所述切割部位正下方的氣體流量，並將檢測的氣體流量輸出給控制器的氣流檢測器；所述氣流檢測器設置在待加工材料的切割部位的正下方；

用於在雷射切割頭開啟後所述切割部位正下方的氣體流量大於預設氣體流量時，關閉所述雷射切割頭的控制器；

所述雷射切割頭、氣流檢測器均連接所述控制器。

所述的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置中，所述檢測雷射穿孔的裝置還包括：用於驅動氣流檢測器移動到待加工材料的切割部位的正下方的第一驅動器，所述氣流檢測器固定在所述第一驅動器上。

所述的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置中，所述檢測雷射穿孔的裝置還包括：用於預設待加工材料的各個切割部位的坐標，並將設置的坐標輸出給所述控制器的坐標輸入器；所述坐標輸入器連接所述控制器。

所述的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置中，所述檢測雷射穿孔的裝置還包括：用於將雷射切割頭移動到待加工材料的切割部位的正上方的第二驅動器，所述雷射切割頭固定在所述第二驅動器上。

所述的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置中，所述控制器包括：

用於在氣流檢測器移動到待加工材料的切割部位的正下方、雷射切割頭移動到待加工材料的切割部位的正上方後，開啟氣流檢測器和雷射切割頭；在雷射切割頭開啟後所述切割部位正下方的氣體流量大於預設氣體流量時，關閉所述雷射切割頭和氣流檢測器的啟停單元；

用於接收坐標輸入器輸出的坐標，並將所述坐標輸出給第一驅動器和第二驅動器的坐標傳輸單元；

所述啟停單元連接氣流檢測器和雷射切割頭，所述坐標傳輸單元連接坐標輸入器、第一驅動器和第二驅動器。

所述的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置中，所述雷射切割頭包括雷射器、切割頭殼體和用於聚焦的透鏡；所述透鏡固定在切割頭殼體的內部，所述雷射器通過光纖將雷射輸出到切割頭殼體的一端，所述切割頭殼體的另一端設置有用於輸出雷射和輔助氣體的第一孔，所述切割頭殼體的側壁上設置有供輔助氣體輸入的第二孔。

所述的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置中，所述第一驅動器包括十字移動裝置，所述十字移動裝置包括X軸移動組件和設置在X軸移動組件上的Y軸移動組件，所述X軸移動組件驅動Y軸移動組件在X軸方向上移動，所述氣流檢測器設置在Y軸移動組件上，所述Y軸移動組件驅動氣流檢測器在Y軸方向上移動。

所述的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置中，所述坐標輸入器包括觸控螢幕。

所述的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置中，所述第二驅動器包括機械手臂。

一種雷射切割設備，包括如上所述的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置。

相較於現有技術，本實用新型提供的雷射切割設備及其檢測雷射穿孔的裝置中，所述檢測雷射穿孔的裝置包括雷射切割頭、氣流檢測器和控制器。所述氣流檢測器設置在待加工材料的切割部位的正下方，檢測雷射切割頭開啟後所述切割部位正下方的氣體流量。控制器在雷射切割頭開啟後所述切割部位正下方的氣體流量大於預設氣體流量時，關閉所述雷射切割頭。在待加工材料穿孔後，氣體流量變大，被氣流檢測器檢測到，從而關閉雷射切割頭，保障了穿孔質量，應對不同的加工材料，無需更換雷射切割頭，適用範圍廣。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的雷射切割設備的立體圖。

圖2為本實用新型提供的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置的截面圖。

圖3為本實用新型提供的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置的結構框圖。

圖4為本發明提供的雷射切割設備檢測雷射穿孔的裝置中，十字移動裝置的立體圖。

具體實施方式

本實用新型提供一種雷射切割設備及其檢測雷射穿孔的裝置。為使本實用新型的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

本實用新型提供一種雷射切割設備，請參閱圖1，所述雷射切割設備包括加工平臺10和檢測雷射穿孔的裝置。所述加工平臺10上設置有凹槽，所述檢測雷射穿孔的裝置設置在所述凹槽內。

請一併參閱圖2和圖3，所述檢測雷射穿孔的裝置，包括雷射切割頭40、氣流檢測器30和控制器20。

所述氣流檢測器30設置在待加工材料A的切割部位的正下方，用於檢測雷射切割頭40開啟後所述切割部位正下方的氣體流量T1，並將檢測的氣體流量輸出給控制器20。優選的，所述氣流檢測器30為靶式流量計，其工作原理是當氣流在測量管中流動時，因其自身的動能與靶板產生壓差，而產生對靶板的作用力，並對應成特定電壓輸出的過程。

所述控制器20，用於在雷射切割頭40開啟後所述切割部位正下方的氣體流量T1大於預設氣體流量時，關閉所述雷射切割頭40。優選的，所述控制器20為可編程控制器。

所述預設氣體流量可根據實際情況進行設定，本實施例中，所述預設氣體流量為雷射切割頭40開啟前氣流檢測器30在任意位置檢測到的氣體流量T0。即，所述氣流檢測器30還用於檢測雷射切割頭開啟前的氣體流量，將所述氣體流量輸出給控制器20。檢測的位置任意，優選的，所述氣流檢測器30在雷射切割頭開啟前，在氣流檢測器30的移動範圍內，檢測N個位置的氣體流量，取其平均值作為預設氣體流量。所述N為大於等於2的正整數，優選的，所述N為4、5和6中的一個。各個檢測位置之間的間距大於等於100mm。

所述雷射切割頭40、氣流檢測器30均連接所述控制器20。

在待加工材料A穿孔後，氣體流量變大，本實用新型利用該特性，通過氣流檢測器30檢測切割前後的氣體流量，由控制器20對兩個流量進行比較，從而判斷穿孔是否完成，在穿孔完成後關閉雷射切割頭40，保障了穿孔質量，應對不同的加工材料，無需更換雷射切割頭，適用範圍廣。

進一步的，所述雷射切割頭40包括雷射器410、切割頭殼體430和用於聚焦的透鏡440；所述透鏡440固定在切割頭殼體430的內部，所述雷射器410通過光纖420將雷射輸出到切割頭殼體430的一端，所述切割頭殼體430的另一端設置有用於輸出雷射和輔助氣體的第一孔，所述切割頭殼體430的側壁上設置有供輔助氣體輸入的第二孔450，輔助氣體的流動方向如圖2中的箭頭所示。所述雷射器410連接所述控制器20，由控制器20控制雷射器410的開啟和關閉。

所述檢測雷射穿孔的裝置還包括第一驅動器60、第二驅動器50和坐標輸入器70。所述第一驅動器60、第二驅動器50和坐標輸入器70均與所述控制器20連接。

所述坐標輸入器70，用於預設待加工材料A的各個切割部位的坐標，並將設置的坐標輸出給所述控制器20。所述坐標輸入器70包括觸控螢幕，當然，也可以是滑鼠、鍵盤等。所述控制器20還用於接收坐標輸入器70輸出的坐標，並將所述坐標輸出給第一驅動器60和第二驅動器50。

所述第一驅動器60，用於接收控制器20發出的坐標，根據所述坐標驅動氣流檢測器30移動到待加工材料的切割部位的正下方。所述氣流檢測器30固定在所述第一驅動器60上。請參閱圖4，所述第一驅動器60包括十字移動裝置，所述十字移動裝置包括X軸移動組件610和設置在X軸移動組件610上的Y軸移動組件620，所述X軸移動組件610設置在加工平臺10上。所述X軸移動組件610驅動Y軸移動組件在X軸方向上移動，所述氣流檢測器設置在Y軸移動組件620上，所述Y軸移動組件620驅動氣流檢測器30在Y軸方向上移動。

具體的，所述X軸移動組件610包括X軸基座611、X軸伺服電機612、X軸絲杆613、X軸導軌614、X軸車載板615。所述X軸伺服電機612、X軸絲杆613、X軸導軌614均設置在X軸基座611上，X軸伺服電機612的驅動軸連接X軸絲杆613。所述X軸車載板615設置在兩條平行設置的X軸導軌614上，所述X軸絲杆613穿過X軸車載板615並驅動X軸車載板615沿X軸移動。所述Y軸移動組件620設置在所述X軸車載板615上。所述Y軸移動組件620包括Y軸基座621、Y軸伺服電機622、Y軸絲杆623、Y軸導軌624、Y軸車載板625。所述Y軸基座621設置在所述X軸車載板615上。所述Y軸伺服電機622、Y軸絲杆623、Y軸導軌624均設置在Y軸基座621上，Y軸伺服電機622的驅動軸連接Y軸絲杆623。所述Y軸車載板625設置在兩條平行設置的Y軸導軌624上，所述Y軸絲杆623穿過Y軸車載板625並驅動Y軸車載板625沿Y軸移動。所述氣流檢測器30設置在所述Y軸車載板625上。當然，在其他實施例中，所述X軸移動組件與Y軸移動組件的設置也可以倒過來，即，X軸移動組件設置在Y軸移動組件上，由Y軸移動組件帶動X軸移動組件移動，原理和結構類似，不再贅述。

所述第一驅動器60還包括用於驅動X軸伺服電機612和Y軸伺服電機622的伺服驅動器。所述控制器20通過所述伺服驅動器控制所述十字移動裝置，從而實現自動化檢測氣體流量。

所述第二驅動器50，用於接收控制器20發出的坐標，根據所述坐標將雷射切割頭40移動到待加工材料的切割部位的正上方。所述雷射切割頭40固定在所述第二驅動器50上。優選的，所述第二驅動器50包括機械手臂。所述第二驅動器50還包括機器人控制系統，所述控制器20通過所述機器人控制系統控制機械手臂的移動，實現自動化切割。

進一步的，所述控制器20包括啟停單元和坐標傳輸單元。所述啟停單元連接第一驅動器60、第二驅動器50、氣流檢測器30和雷射切割頭40；所述坐標傳輸單元連接坐標輸入器70、第一驅動器60和第二驅動器50。

所述啟停單元，用於在雷射切割頭40開啟前開啟氣流檢測器30，檢測完畢後關閉氣流檢測器30；在氣流檢測器30移動到待加工材料的切割部位的正下方、雷射切割頭移動到待加工材料的切割部位的正上方後，開啟氣流檢測器30和雷射切割頭40；在雷射切割頭40開啟後所述切割部位正下方的氣體流量T1大於預設氣體流量時（優選的，T1大於T0時），關閉所述雷射切割頭40和氣流檢測器30。

所述坐標傳輸單元，用於接收坐標輸入器70輸出的坐標，並將所述坐標輸出給第一驅動器60和第二驅動器50。

本實用新型提供的雷射切割設備的工作過程如下：

第1步、通過觸控螢幕預設好待加工材料的切割部位（穿孔點）的X、Y坐標，經過RS485通訊協議傳送至可編程控制器。

第2步、開啟氣流檢測器檢測穿孔前的氣體流量T0。

第3步、可編程控制器把所述坐標以脈衝形式發送至伺服驅動器。

第4步、伺服驅動器驅動十字移動裝置移動至待穿孔的坐標點。

第5步、當十字移動裝置到達所述坐標點，伺服驅動器反饋一高電平信號a給可編程控制器。

第6步、機械手臂帶動雷射切割頭到達穿孔位置點上方。

第7步、機器人控制系統反饋一高電平信號b給可編程控制器。

第8步、如果a+b=2，可編程控制器便開啟雷射器與氣流檢測裝置，進行雷射穿孔與氣體流量T1的檢測。

第9步、當檢測到氣體流量T1>T0時，可編程控制器關閉氣流檢測器， 穿孔完成。

第10步、十字移動裝置移至下一個穿孔位置點等待穿孔。

綜上所述，本實用新型在原有設備的基礎上加裝所述檢測雷射穿孔的裝置，方便快捷，不需要進行機械結構的改動。該設備可進行連續的穿孔檢測，實現了全自動化的穿孔檢測。該裝置適用範圍廣，可應用於光纖、二氧化碳、等不同波長雷射穿孔切割的檢測。

b、通過該檢測裝置與控制系統能夠快速準確的控制穿孔時間，解決雷射穿孔沒穿透、及穿透時間過長等問題，提高了產品質量，縮短了加工周期。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本實用新型所附的權利要求的保護範圍。