專利名稱：用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置，應(yīng)用于激光加工系統(tǒng)
加工頭上定位激光焦點(diǎn)位置，通過判斷不同光斑重合與否實(shí)現(xiàn)激光加工系統(tǒng)的三維定位。
背景技術(shù)：
目前，激光加工系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，由于激光加工過程中要求加工工件處于激光焦點(diǎn)位置或與該位置相關(guān)的某一特定位置，所以無論是平面加工還是三維加工都需要進(jìn)行精確的三維定位。有些激光器本身沒有定位裝置，只能通過測量及試加工的方法確定焦點(diǎn)位置，效率很低。而很多的激光加工系統(tǒng)是通過同軸氦氖光確定其加工位置的，其焦點(diǎn)的確定是通過分辨氦氖光光斑大小來實(shí)現(xiàn)的，由于氦氖光光束本身較細(xì)，焦距又較大，改變焦點(diǎn)位置時(shí)光斑變化不大，在一定范圍內(nèi)很難辨別其大小變化，造成較大的加工誤差。因此實(shí)際操作中往往仍需要通過人工測量的方式確定焦點(diǎn)位置，這種方式降低了工作效率，而且對于形狀復(fù)雜的工件很難準(zhǔn)確測量，尤其在進(jìn)行三維加工過程中這種測量方式更是費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置，可輔助操作者快捷方便的確定激光加工系統(tǒng)加工頭的焦點(diǎn)位置，并具有結(jié)構(gòu)簡單組裝方便及精確度高的特點(diǎn)。 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案。本實(shí)用新型包括一套固定
調(diào)節(jié)裝置用于固定激光發(fā)生器及調(diào)節(jié)其位置；一對線形激光發(fā)生器，所產(chǎn)生的十字交叉線
可確定激光加工系統(tǒng)加工頭在加工平面內(nèi)的位置， 一點(diǎn)狀激光發(fā)生器，可產(chǎn)生一點(diǎn)狀光源，
與十字交叉線或激光加工系統(tǒng)同軸氦氖光配合確定加工頭在豎直方向上的位置；兩個(gè)開關(guān)
分別用于控制點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器和線形激光發(fā)生器。 根據(jù)激光加工系統(tǒng)是否有定位用氦氖光可采取兩種實(shí)施方案 方案一 在激光加工系統(tǒng)無定位用氦氖光時(shí)，采用點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器產(chǎn)生的點(diǎn)狀光斑與一對線形激光發(fā)生器產(chǎn)生的十字光斑配合進(jìn)行定位。此時(shí)其定位裝置的結(jié)構(gòu)為兩個(gè)L型固定座，兩個(gè)L型固定座分別固定于激光加工系統(tǒng)加工頭上。三個(gè)激光發(fā)生器，具體為一個(gè)點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器和兩個(gè)線形激光發(fā)生器，其中的一個(gè)點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器和一個(gè)線形激光發(fā)生器安裝在一個(gè)L型固定座上，另外的一個(gè)線形激光發(fā)生器固定在另外的L型固定座上。線形激光器所發(fā)出的扇面光束與激光加工系統(tǒng)所發(fā)出的激光束之間的角度在30° -45°之間為宜。 方案二 在激光加工系統(tǒng)有定位用氦氖光時(shí)，采用點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器與氦氖光產(chǎn)生的點(diǎn)狀光斑配合進(jìn)行定位。此時(shí)其定位裝置的結(jié)構(gòu)為包括一個(gè)L型固定座和固定在L型固定座上的點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器，點(diǎn)狀激光發(fā)生器與激光加工系統(tǒng)自身定位用氦氖光配合對激光進(jìn)行定位。[0008] 方案一和方案二中的激光發(fā)生器均通過激光發(fā)生器安裝座安裝在L型固定座上。所述的L型固定座上設(shè)置有長形槽，螺栓穿過長形槽將激光發(fā)生器安裝座固定在L型固定座上。 與現(xiàn)有定位裝置相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn) 1.定位精確。本實(shí)用新型通過兩光斑重合與否確定焦距，與現(xiàn)有的靠分辨氦氖光斑大小確定焦距的定位裝置相比定位精度增大。 2.結(jié)構(gòu)簡單。本實(shí)用新型通過較簡單的固定調(diào)節(jié)裝置即可完成較精確的定位，具有就夠簡單的特點(diǎn)。 3.調(diào)節(jié)方便。根據(jù)其定位原理只需在焦點(diǎn)處調(diào)節(jié)至光斑重合即可，而且由于裝置外置具有調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)。

圖1 :本實(shí)用新型用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置方案一的立體分解圖 圖2 :本實(shí)用新型方案一的電路示意圖 圖3(a):本實(shí)用新型方案一的調(diào)試原理示意圖 圖3(b):本實(shí)用新型方案一的定位過程原理示意圖 圖4 :本實(shí)用新型方案二的組合示意圖 圖5 :本實(shí)用新型方案二的電路示意圖 圖6(a):本實(shí)用新型方案二的調(diào)試原理示意圖 圖6(b):本實(shí)用新型方案二的定位過程原理示意圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明 實(shí)施例1 :點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器與線形激光發(fā)生器配合定位 圖1為本實(shí)用新型用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置方案一的立體分解圖。該定位裝置設(shè)置于激光加工系統(tǒng)加工頭10上，包括兩個(gè)L型固定座20、三個(gè)激光發(fā)生器安裝座40、一點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器51、一對線形激光發(fā)生器52和第一及第二開關(guān)60。[0024] 本實(shí)施例中L型固定座外形近似直角的L型，在其上設(shè)有兩個(gè)長形固定槽21，通過螺栓32及螺栓外套31相配合分別將兩個(gè)L型定位座20固定于激光加工系統(tǒng)加工頭10上，螺栓32在長形固定槽內(nèi)左右移動，當(dāng)位置適當(dāng)后固定。在其中的一個(gè)L型固定座上還設(shè)有二螺孔23，用于固定開關(guān)。圖1中的11、12為用于固定L型固定座的螺孔，13為激光加工系統(tǒng)聚焦透鏡。 本實(shí)施例中激光發(fā)生器安裝座40用于固定激光發(fā)生器并調(diào)節(jié)激光發(fā)生器所發(fā)射激光斑點(diǎn)的位置。安裝座40用螺栓42及螺栓外套41通過長形固定槽22固定在L型固定座20上，螺栓42在該長形固定槽范圍內(nèi)移動以調(diào)節(jié)激光發(fā)生器固定座距離加工頭的位置，繞螺栓42中心軸旋轉(zhuǎn)激光發(fā)生器安裝座40調(diào)節(jié)至所需位置后固定。在激光發(fā)生器安裝座40上設(shè)置有激光發(fā)生器放置槽45，激光發(fā)生器放置槽45用于放置點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器51和線型光斑激光發(fā)生器52，并通過螺栓44及螺栓外套43將點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器51和線型光斑激光發(fā)生器52固定在激光發(fā)生器安裝座40。[0026] 圖2為本實(shí)用新型方案一的電路示意圖。其中電源可以采用外接電池盒的方式。電池盒可單獨(dú)安裝在激光加工頭上或設(shè)計(jì)成與固定座一體，其中開關(guān)601用于控制兩個(gè)線型光斑激光發(fā)生器52，開關(guān)602用于控制點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器51。 圖3為本實(shí)用新型方案一的原理示意圖。圖3(a)為激光加工系統(tǒng)加工頭處于焦點(diǎn)位置時(shí)定位系統(tǒng)調(diào)試原理示意圖。通過調(diào)整使激光加工系統(tǒng)的激光束71的軸線與線形激光發(fā)生器產(chǎn)生的扇形激光73、74處于同一平面內(nèi)，兩條線性光斑可垂直相交亦可呈一定角度。此時(shí)，激光71的軸線與扇面73和74的交線重合，即在工件上經(jīng)過兩條線性光斑的交點(diǎn)。據(jù)此可知，在激光加工系統(tǒng)加工頭在三維空間移動的過程中，軸線始終通過線形光斑交點(diǎn)位置，所以可根據(jù)線形光斑焦點(diǎn)位置確定確定激光束71軸線與工件的交點(diǎn)位置。通過調(diào)整使點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器產(chǎn)生的點(diǎn)狀光斑與線形光斑的交點(diǎn)重合，次重合點(diǎn)即激光加工系統(tǒng)產(chǎn)生的激光71所在軸線與激光發(fā)生器所產(chǎn)生的激光72所在的軸線的交點(diǎn)。由于兩條直線只能相交于一點(diǎn)，所以當(dāng)激光加工系統(tǒng)加工頭不處于焦點(diǎn)位置時(shí)工件上點(diǎn)狀光斑與兩條線形光斑交點(diǎn)不重合，只有重合時(shí)才處于焦點(diǎn)位置。激光發(fā)生器51發(fā)射的激光束72根據(jù)固定裝置設(shè)計(jì)形式的不同可設(shè)計(jì)成與扇面73重合亦可不重合，即離焦后點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器產(chǎn)生的光斑可位于線形激光發(fā)生器產(chǎn)生的線形光斑上亦可偏離線形光斑。本方案一采取激光束72與激光扇面重合的設(shè)計(jì)方法，并且線形激光器所發(fā)出的扇面光束與激光加工系統(tǒng)所發(fā)出的激光束之間的角度在30。
-45°之間為宜。 圖3(b)為本實(shí)用新型方案一的定位過程原理示意圖。首先移動激光加工系統(tǒng)加工頭，將線形光斑交點(diǎn)O移動到工件要加工的位置，即完成加工平面內(nèi)的定位。再上下移動激光加工系統(tǒng)加工頭使點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器產(chǎn)生的點(diǎn)狀光斑與0重合，即完成加工頭在豎直方向的定位。 實(shí)施例2 :點(diǎn)狀激光發(fā)生器與激光加工系統(tǒng)自身定位用氦氖光配合定位[0030] 圖4為本實(shí)用新型方案二的組合示意圖。該用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置，設(shè)置于激光加工系統(tǒng)加工頭10上，包括一 L型定位座20、一激光發(fā)生器安裝座40、一點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器51及一開關(guān)60。 L型定位座20、激光發(fā)生器安裝座40及點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器51的結(jié)構(gòu)及安裝方
式如實(shí)施方案一所述。開關(guān)60用于控制激光發(fā)生器51的開啟與關(guān)閉。 圖5為本實(shí)用新型方案二的電路示意圖。開關(guān)60用于控制點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器
的開啟與關(guān)閉，并通過螺栓61固定在L型固定座上。電源可以采用外接電池盒的方式。電
池盒可單獨(dú)安裝在激光加工頭上或設(shè)計(jì)成與固定座一體。 圖6為本實(shí)用新型實(shí)施方案二的原理示意圖。圖6(a)為激光加工系統(tǒng)加工頭處于焦點(diǎn)位置時(shí)定位系統(tǒng)調(diào)試原理示意圖。通過調(diào)整L型定位座20及激光發(fā)生器安裝座40，使點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器51產(chǎn)生的點(diǎn)狀光斑與激光加工系統(tǒng)定位用氦氖光束75產(chǎn)生的點(diǎn)狀光斑重合。由于空間內(nèi)兩條直線只能相交于一點(diǎn)，所以在正離焦或負(fù)離焦?fàn)顟B(tài)時(shí)在加工工件上都會有兩個(gè)不重合的斑點(diǎn)，只有在焦點(diǎn)處才會重合。 圖6(b)為本實(shí)用新型實(shí)施方案二的定位過程原理示意圖，其中75為氦氖光光束，72為點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器光束。首先移動激光加工系統(tǒng)加工頭，將激光加工系統(tǒng)自身的定位用氦氖光光斑移動到工件上要加工的位置，完成工件加工平面內(nèi)的定位。再上下移動激光加工系統(tǒng)加工頭至氦氖光光斑與點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器產(chǎn)生的光斑重合，完成豎直方向上的定位。
權(quán)利要求一種用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置，其特征在于包括兩個(gè)L型固定座，兩個(gè)L型固定座分別固定于激光加工系統(tǒng)加工頭上；三個(gè)激光發(fā)生器，具體為一個(gè)點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器和兩個(gè)線形激光發(fā)生器，其中的一個(gè)點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器和一個(gè)線形激光發(fā)生器安裝在一個(gè)L型固定座上，另外的一個(gè)線形激光發(fā)生器固定在另外的L型固定座上。
2. —種用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置，其特征在于包括一個(gè)L型固定座和固定在L型固定座上的點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器，點(diǎn)狀激光發(fā)生器與激光加工系統(tǒng)自身定位用氦氖光配合對激光進(jìn)行定位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置，其特征在于所述的激光發(fā)生器通過激光發(fā)生器安裝座固定在L型固定座上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置，其特征在于所述的L型固定座上設(shè)置有長形槽，螺栓穿過長形槽將激光發(fā)生器安裝座固定在L型固定座上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置，其特征在于所述的線形激光器所發(fā)出的扇面光束與激光加工系統(tǒng)所發(fā)出的激光束之間的角度在30°至45°之間。
專利摘要本實(shí)用新型一種用于激光加工系統(tǒng)的激光三維定位裝置，包含一固定及調(diào)節(jié)裝置，一點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器，一對線形激光發(fā)生器，一第一開關(guān)用于控制點(diǎn)狀激光發(fā)生器的開閉，一第二開關(guān)用于控制線形激光發(fā)生器的開閉，一用于給激光發(fā)生器提供電源的電池組。當(dāng)激光加工系統(tǒng)本身無氦氖光時(shí)，點(diǎn)狀光斑激光發(fā)生器產(chǎn)生的點(diǎn)狀光斑與一對線形激光發(fā)生器產(chǎn)生的十字狀光斑配合完成三維空間內(nèi)的定位；當(dāng)激光加工系統(tǒng)本身有同軸氦氖光時(shí)，只需一點(diǎn)狀激光發(fā)生器產(chǎn)生的點(diǎn)狀光斑與氦氖光產(chǎn)生的光斑配合即可完成三維空間定位。
文檔編號B23K26/04GK201455548SQ20092010986
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者李曉剛, 陳繼民, 高雙欣 申請人:北京工業(yè)大學(xué)