專利名稱：一種薄壁管材光斑位置調試方法
技術領域：
本發(fā)明屬于薄壁管材激光微加工技術領域，尤其涉及一種應用于微小管徑薄壁管材激光切割時激光光斑位置調試的薄壁管材光斑位置調試方法。_
背景技術：
激光微加工由于具備加工效率高、切割殘渣少、非接觸加工、易實現(xiàn)加工過程的自動化、可精確切割形狀復雜的微細零件等特點，已經成為微小管徑(小于5_)管材的主要加工方法。薄壁管材激光切割是由相互重疊的激光脈沖點在工件上沿切割線移動，同時輸入高壓氧輔助熔化切割。激光聚焦點處材料熔融氣化，熔渣被氣體吹出，在金屬管壁上形成切割軌跡。切割具有復雜的網孔結構，保證高質量地切割出若干的網孔，需要保證不同方向切割時的質量一致性，激光束應有良好的繞光軸對稱性和圓偏振性以及高的發(fā)射方向穩(wěn)定性，光束的偏振方向與工件運行方向要求平行，這樣可獲得狹窄、平直的切縫；支架激光切割要求光斑直徑一般能穩(wěn)定在iri8um，最小光斑能到IOum以下，這樣將有利于支架縫隙狀特征加工。同時，激光入射角對切口寬度和切口表面粗糙度值有影響，因此，切割時在保證管材夾持的同軸度前提下，激光束的方向應保持與管材的軸線垂直相交，當激光束方向偏離軸線較大時，除了影響切縫質量，還使得截面形狀偏離設計要求。因此，為了避免出現(xiàn)此種情況導致所加工管材的報廢，激光切割時必須調整光斑位置?，F(xiàn)有激光切割技術在切割平板工件比較成熟，而對于薄壁微小管徑管材(小于5_)的切割，激光光斑的調試還沒有一種行之有效的方法。故，實有必要進行研究開發(fā)，以提供一種薄壁管材光斑位置調試方法，解決目前現(xiàn)有技術中存在的問題。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于微小管徑管材激光微加工的薄壁管材光斑位置調試方法，能夠快速有效的對光路和激光光斑位置進行調試。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為:
一種薄壁管材光斑位置調試方法，包括如下步驟:
510:光纖頭的固定以及切割頭中切割嘴的調整，確保從光纖頭打出的光從切割頭下方的切割嘴中心發(fā)射出；
511:調整切割嘴下端面相對管材外表面最高點的距離； 512:光斑位置的初步調試；
513:驗證激光光束是否垂直打在管材中心線的垂直面的最高點上，并確保光束在管材正上方的投影為一個正圓形光斑；
S14:調整激光焦距。進一步地，在步驟SlO中，將光纖頭插入切割頭中，固定好，讓激光打出紅光，用一張白紙放置在切割嘴的下方，調整切割頭下方切割嘴的前后、左右方向。進一步地，在步驟S12中，在機器上放置好一段管材，使激光器出激光，將試光片放置在切割嘴下方的管材的靠下位置，再用紫光燈從側面打在切割嘴正下方對應的試光片上，根據黑色光斑相對管材陰影的相對位置對激光切割頭進行調節(jié)。進一步地，在步驟S14中，調整切割頭上的調焦旋鈕，調整聚焦鏡距離管材表面的高度，讓激光器出激光，試切一系列不閉合圓弧，記錄每一個圓弧對應旋鈕的刻度，顯微鏡下觀察切縫效果以及寬度，找到切縫最小時對應的聚焦鏡高度。本發(fā)明薄壁管材光斑位置調試方法包括有光路調節(jié)和光斑位置調試，其能夠快速有效的對光路和激光光斑位置調試，使得光束從過管材中心的垂直面上打下，確保光斑打在管材上的正確位置。


圖1為本發(fā)明的流程圖示。圖2a、圖2b為本發(fā)明分別沿管材長度方向(X軸運動方向)和垂直管材長度方向(前后方向)切割兩條相互垂直的線段光斑調節(jié)示意圖。圖3為顯微鏡中觀察管材內圓周上切口寬度及外圓周上切口寬度示意圖。圖4為一定管徑的管材的切割文件圖示。其中，
圖2a為光斑正好處于管材中心線正上方獲得的切縫圖，箭頭I為激光方向，垂直于管材中心線的切縫2、X軸運動方向的切縫3 ;而圖2b為光斑偏離管材中心線正上方獲得的切縫圖，垂直于管材中心線的切縫4、X軸運動方向的切縫5。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請參閱圖1所示，本發(fā)明薄壁管材光斑位置調試方法包括有光路調節(jié)以及光斑位置調試。具體包括如下步驟:
510:光纖頭的固定以及切割頭中切割嘴的調整，確保從光纖頭打出的光從切割頭下方的切割嘴中心發(fā)射出；
511:調整切割嘴下端面相對管材外表面最高點的距離；
512:光斑位置的初步調試；
513:驗證激光光束是否垂直打在管材中心線的垂直面的最高點上，并確保光束在管材正上方的投影為一個正圓形光斑；
S14:調整激光焦距。其中，各步驟之具體操作如下:
SlO:光纖頭的固定以及切割頭中切割嘴的調整，確保從光纖頭打出的光從切割頭下方的切割嘴中心發(fā)射出。步驟SlO涉及光纖頭的固定和切割頭中切割嘴的調整。具體如下:將光纖頭插入切割頭中，固定好，讓激光打出紅光，用一張白紙放置在切割嘴的下方，在白紙上通過肉眼可看到一個紅色的光斑，該光斑有許多個小圈組成，一旦從光纖頭出來的光未從切割嘴孔中心打出，則會看到該光斑不是一個圓，且有一些非黑色陰影。此時，需要調整切割頭下方切割嘴的前后、左右的位置，直到在白紙上看到一個完整的圓形光斑為止。如果一直不能看到完整的圓形光斑，則可能是光纖頭不處于激光切割頭對應適配器的中間，則需要調整光纖頭自身的位置，調整好后再將光纖頭固定，繼續(xù)觀察白紙上的光斑，直到最終看到一個完整的圓形光斑為止。Sll:調整切割嘴下端面相對管材外表面最高點的距離。理論上，切割嘴與管材外表面最高點越近，從切割嘴中出來的一定氣壓的工藝氣體對管材的沖擊也會越大，而工藝氣體越大，對一定壁厚的管材在相同激光功率條件下越容易被切透。此時，控制切割嘴相對管材外表面最高點的距離越小，則可適當的將工藝氣體的壓力調小，從而使得從切割嘴中噴射出來的工藝氣體對管材的擾動影響越小，在工藝調試過程中，需要根據不同管徑、壁厚和材料等，綜合考慮切割嘴下端面離管材外表面最高點的距離。S12:光斑位置的初步調試。給機器上好一段管材，此時將激光器電流值設為180,直接出激光,將試光片放置在切割嘴下方的管材的靠下位置，再用紫光燈從側面打在切割嘴正下方對應的試光片上，此時會在試光片上看到一個黑色的光斑和管材打在試光片上的一個陰影，并觀察黑色光斑相對管材陰影的相對位置，是靠前還是靠后。如發(fā)現(xiàn)有靠前或靠后的情況，則有如下可能原因導致該現(xiàn)象:激光光束不是垂直向下打下，或是激光切割頭整體靠前或整體靠后了。若是前一種情況，則需要在激光切割頭與Z軸動板之間墊上不同厚度的鋼片，來使得光束是垂直打下的；若是激光切割頭整體靠前或是靠后，則調整激光切割頭整體靠前或靠后，直到觀察黑色光斑中心處于管材陰影中心線上為止。S13:驗證激光光束是否垂直打在管材中心線的垂直面的最高點上，并確保光束在管材正上方的投影為一個正圓形光斑。如圖2 a、圖2b所示分別沿管材長度方向(X軸運動方向)和垂直管材長度方向(前后方向)切割兩條相互垂直的線段。沿管材長度方向(X軸運動方向)切割時，旋轉軸不旋轉，讓X軸向右端運動一段距離即可；沿垂直管材方向(前后方向)切割，即X軸不運動，旋轉軸旋轉一定角度即可。若光斑剛好在處于管材中心線正上方，則十字叉的兩條縫寬是一樣的；若光斑偏離管材中心線正上方，垂直管材中心線方向的切縫寬度將小于X軸運動方向切縫的寬度。從圖2 a、圖2b可見，當光斑正好處于管材中心線正上方時，切割獲得的兩個方向切縫寬度一致，且激光束在管材上的投影為一正圓形光斑。而當光斑偏離管材中心線正上方時激光束在管材上的投影為一橢圓形光斑，且垂直于管材中心線方向切割獲得的切縫寬度小于X軸運動方向切割得到的切縫寬度。可以觀察到，如果光斑正好處于管材中心線正上方，則光束在管材正上方的投影將是一個正圓形光斑，以此光斑沿X軸運動方向和垂直于管材長度方向的切縫寬度必然相等，且均大致等于正圓光斑的直徑。而如果光斑偏離管材中心線正上方，則光束在管材中心線正上方形成的光斑必然是一個沿垂直于管材中心線方向略有拉長的橢圓形，此時沿垂直于管材中心線方向的切縫也是個橢圓形，且沿垂直于管材中心線方向的縫隙寬度小于正圓光斑所切割的縫隙寬度，而正圓光斑所切割的縫隙寬度又小于沿X軸方向切割的縫隙寬度。除用“十”字叉進行調試外，還有用到圖3試片方案。如圖3所示的沿X軸方向的直線開口，需要切割一條后，再讓旋轉軸旋轉180°后切割另一條，最后整體將該段管材取下，放在顯微鏡中觀察，這兩條相對的切割縫隙的中心線是否在同一條直線上，在顯微鏡下不僅能通過觀察兩個開口中心線是否共線，來幫助判斷光束打在管材正上方的投影是否為正圓形光斑外，還可以觀察切口的斜坡大小，如比較管材內圓周上的切口寬度及管材外圓周上的切口寬度，通過比較這兩個寬度，就能判斷切口的斜度。另外，還可以觀察管材內、外圓周上的切口上是否存在掛渣。以此作為激光參數和工藝參數是否調好的依據。S14:調整激光焦距。焦點位置調節(jié)之前必須保證光斑打在所要切割管材中心線正上方(管徑中軸面)上，并且通過前幾步的調試作為基礎，再來調整激光焦距。通過調整切割頭上的調焦旋鈕，調整聚焦鏡距離管材表面的高度，讓激光器出激光，并做一個如圖4所示的文件準備讓激光切割該文件。試切一系列不閉合圓弧，記錄每一個圓弧對應旋鈕的刻度，顯微鏡下觀察切縫效果以及寬度，找到切縫最小時對應的聚焦鏡高度。圖4中的為一定管徑的管材的切割文件圖，在該管材上以等間距依次切割不同圓弧線，這些圓弧線在圓周方向上不用完全相交，即切割時旋轉軸不用旋轉360°。依次從右向左切割這些圓弧線，每切割一根圓弧，則將切割頭下方的調焦旋鈕沿逆時針方向旋轉一格，并記下每根圓弧切割時對應的焦距。切割若干根圓弧后。將有若干圓弧的右端管材從管材余料中整體切下，從接料盒中取出，放在顯微鏡下觀察，觀察每根圓弧的切縫寬度、邊緣效果及是否將管材切透，在這些切縫中找到一個切縫最小、最細且切口表面最好、能將管材剛好切透的切縫，則切割該圓弧所對應的焦距將被認為是切割該管材最好的焦距。如果從這些圓弧切縫中未找到，則說明開始做試驗時調焦旋鈕應該沿順時針方向旋轉，需要再做一次沿順時針方向旋轉并切割出圓弧切縫的試驗。繼續(xù)進行精調，切一系列不閉合圓弧，記住每一個圓弧對應切割頭的位置，顯微鏡下觀察切縫效果以及寬度，找到效果較好縫寬對應位置，繼續(xù)微調，直到找到最佳切縫。最佳切縫表現(xiàn)為:邊緣平滑，無毛刺，縫寬窄。找到最佳切縫后，記下此時Z軸參數，其值為焦點距離。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種薄壁管材光斑位置調試方法，其特征在于，包括如下步驟: .510:光纖頭的固定以及切割頭中切割嘴的調整，確保從光纖頭打出的光從切割頭下方的切割嘴中心發(fā)射出； .511:調整切割嘴下端面相對管材外表面最高點的距離； .512:光斑位置的初步調試； .513:驗證激光光束是否垂直打在管材中心線的垂直面的最高點上，并確保光束在管材正上方的投影為一個正圓形光斑； .S14:調整激光焦距。
2.如權利要求1所述的薄壁管材光斑位置調試方法，其特征在于:在步驟SlO中，將光纖頭插入切割頭中，固定好，讓激光打出紅光，用一張白紙放置在切割嘴的下方，調整切割頭下方切割嘴的前后、左右的位置，直到在白紙上看到一個完整的圓形光斑，調整好后將光纖頭固定。
3.如權利要求1所述的薄壁管材光斑位置調試方法，其特征在于:在步驟S12中，在機器上放置好一段管材，使激光器出激光，將試光片放置在切割嘴下方的管材的靠下位置，再用紫光燈從側面打在切割嘴正下方對應的試光片上，根據黑色光斑相對管材陰影的相對位置對激光切割頭進行調節(jié)。
4.如權利要求3所述的薄壁管材光斑位置調試方法，其特征在于:在步驟S14中，調整切割頭上的調焦旋鈕，調整聚焦鏡距離管材表面的高度，讓激光器出激光，試切一系列不閉合圓弧，記錄每一個圓弧對應旋鈕的刻度，顯微鏡下觀察切縫效果以及寬度，找到切縫最小時對應的聚焦鏡高度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種薄壁管材光斑位置調試方法，包括如下步驟S10光纖頭的固定以及切割頭中切割嘴的調整，確保從光纖頭打出的光從切割頭下方的切割嘴中心發(fā)射出；S11調整切割嘴下端面相對管材外表面最高點的距離；S12光斑位置的初步調試；S13驗證激光光束是否垂直打在管材中心線的垂直面的最高點上，并確保光束在管材正上方的投影為一個正圓形光斑；S14調整激光焦距。本發(fā)明薄壁管材光斑位置調試方法包括有光路調節(jié)和光斑位置調試，其能夠快速有效的對光路和激光光斑位置調試，使得光束從過管材中心的垂直面上打下，確保光斑打在管材上的正確位置。
文檔編號B23K26/38GK103212792SQ20121001583
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權日2012年1月19日
發(fā)明者魏志凌, 寧軍, 夏發(fā)平, 馬秀云 申請人:昆山思拓機器有限公司