一種激光切割設備的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種激光切割設備，所述設備包括切割頭、激光器、混合光裝置和反射式相位延遲器；混合光裝置和反射式相位延遲器依次設置在所述激光器的出射光的光路上，所述混合光裝置用于將可見光混入到激光器出射的激光束中，所述混合光裝置將包含有可見光和激光的混合光束出射到反射式相位延遲器中，所述反射式相位延遲器將線偏振的激光束轉化成圓偏振的激光束，所述圓偏振的激光束經切割頭出射到被切割的工件上。本實用新型通過反射式相位延遲器將線偏振激光束轉化成圓偏振的激光束，不僅使切割縫寬一致，減少了掛渣現象，而且，無需采用傳統(tǒng)的波片實現圓偏振轉化，使得光學系統(tǒng)更加簡單，調節(jié)方便，降低了成本。
【專利說明】
-種激光切割設備
技術領域
[0001 ]本實用新型設及激光加工領域，特別設及一種激光切割設備。
【背景技術】
[0002] 激光由于其高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的優(yōu)點，已經廣泛應用于科 研、國防、工業(yè)等國民生產的重要方面。在工業(yè)領域，激光加工作為先進制造技術，具有高 效、高精度、高質量、范圍廣、節(jié)能環(huán)保并能實現柔性加工和超微細加工的優(yōu)點，在汽車、電 子電路、電器、航空航天、鋼鐵冶金、機械制造等領域得到了廣泛的應用，且在某些行業(yè)(例 如汽車、電子行業(yè)等)已經達到較高的水平。對提高產品質量、勞動生產率、自動化、無污染、 減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。
[0003] 激光切割是激光加工中比較常見，應用也比較廣泛的一種方式。隨著激光切割在 各個領域的廣泛使用，各種材料的切割使用到了激光切割方式。隨著工業(yè)的發(fā)展，尤其是電 子產品的小型化，對于加工材料的切割日漸成為激光切割的主要發(fā)展方向。激光切割需達 到高精度、準確、迅速、自動化的加工方式。
[0004] 激光束垂直入射時，材料對激光的吸收和激光束的偏振狀態(tài)無關，而當激光束傾 斜入射時，偏振狀態(tài)對吸收的影響變得非常重要，對于激光切割，由于激光的吸收面變?yōu)榱?切割縫的前沿，所W激光束不再是垂直入射到吸收面，此時材料的吸收效率與激光的偏振 狀態(tài)有關，因此當采用線偏振激光加工時，加工方向的改變將引起吸收效率變化，所W線偏 振光切割時，光束在不同切割方向上產生的切縫寬度不同，掛渣程度也不同，因此需要改 進。
[0005] 隨著激光加工技術的不斷發(fā)展，當前激光加工的主要應用方向，例如電子產品、汽 車、航空航天等工業(yè)方面也在向精密方向發(fā)展，所W對激光加工應用的精度要求也越來越 高。所有需要激光切割設備具有更高的加工精度，另外，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對加工速度 要求也越來越高，對激光切割設備的加工效率要求越來越高，所W需要激光切割設備提高 加工速度，實現更加穩(wěn)定、高效的切割。
[0006] 因此，現有的技術還有待改進和提高。

【發(fā)明內容】

[0007] 鑒于上述現有技術的不足之處，本實用新型的目的在于提供一種激光切割設備， 通過反射式相位延遲器將線偏振激光束轉化成圓偏振的激光束，使切割縫寬一致，減少掛 渣現象。
[000引為了達到上述目的，本實用新型采取了 W下技術方案：
[0009] -種激光切割設備，包括切割頭、激光器、混合光裝置和反射式相位延遲器;所述 混合光裝置和反射式相位延遲器依次設置在所述激光器的出射光的光路上，所述混合光裝 置將可見光混入到激光器出射的激光束中，并將包含有可見光和激光的混合光束出射到反 射式相位延遲器中，所述反射式相位延遲器將線偏振的激光束轉化成圓偏振的激光束，所 述圓偏振的激光束經切割頭出射到被切割的工件上;所述激光切割設備還包括擴束鏡，所 述擴束鏡設置在混合光裝置與反射式相位延遲器之間的光路上。
[0010] 所述的激光切割設備中，所述反射式相位延遲器為四分之一波長反射式相位延遲 器，所述混合光裝置出射的混合光束W45°的入射角入射到所述反射式相位延遲器中；所述 混合光束中的激光束的線偏振方向與激光束所在的入射面成45°。
[0011] 所述的激光切割設備中，所述切割頭內設置有位于反射式相位延遲器的出射光光 路上的聚焦鏡，所述反射式相位延遲器出射的混合光束經聚焦鏡聚焦后，照射到被切割的 工件上。
[0012] 所述的激光切割設備中，所述切割頭還設置有用于調節(jié)聚焦鏡與被切割的工件之 間的距離的調高螺桿，所述聚焦鏡固定在所述調高螺桿上。
[0013] 所述的激光切割設備中，所述激光切割設備還包括基座、用于驅動X軸行走裝置沿 Y軸運動的Y軸行走裝置W及用于驅動所述切割頭沿X軸運動的X軸行走裝置;所述Y軸行走 裝置設置在所述基座上，所述X軸行走裝置設置在所述Y軸行走裝置上;所述切割頭設置在 所述X軸行走裝置上。
[0014] 所述的激光切割設備中，所述X軸行走裝置包括X軸基座、X軸導軌、X軸電機、X軸絲 桿、X軸車載板和安裝板;所述X軸基座設置在所述Y軸行走裝置上，所述X軸導軌、X軸電機和 X軸絲桿均設置在所述X軸基座上，所述安裝板固定在所述X軸車載板的側邊，所述X軸車載 板設置在所述X軸導軌上，所述X軸電機通過驅動X軸絲桿轉動來帶動X軸車載板沿X軸導軌 進行直線運動。
[0015] 所述的激光切割設備中，所述Y軸行走裝置包括第一Y軸導軌、第二Y軸導軌、第一Y 軸電機、第二Y軸電機、第一 Y軸絲桿、第二Y軸絲桿、第一 Y軸車載板和第二Y軸車載板;所述 第一 Y軸導軌、第二Y軸導軌、第一 Y軸電機、第二Y軸電機、第一 Y軸絲桿和第二Y軸絲桿設置 在所述基座上;所述第一 Y軸導軌和第二Y軸導軌平行，所述第一 Y軸車載板設置在所述第一 Y軸導軌上，所述第一 Y軸電機通過驅動第一 Y軸絲桿轉動來帶動第一 Y軸車載板沿第一 Y軸 導軌進行直線運動;所述第二Y軸車載板設置在所述第二Y軸導軌上，所述第二Y軸電機通過 驅動第二Y軸絲桿轉動來帶動第二Y軸車載板沿第二Y軸導軌進行直線運動;所述X軸基座的 一端固定在所述第一 Y軸車載板上，所述X軸基座的另一端固定在所述第二Y軸車載板上;所 述第一 Y軸車載板和第二Y軸車載板同步運動。
[0016] 所述的激光切割設備中，所述X軸導軌的兩端設置有用于限制X軸車載板的行程的 X軸限位器。
[0017] 所述的激光切割設備中，所述X軸絲桿的末端設置有用于防止X軸車載板沖出基座 的X軸緩沖器。
[0018] 所述的激光切割設備中，所述切割頭的底部設置有用于輸入壓縮氣體的進氣口和 用于輸出壓縮氣體的氣嘴;壓縮氣體從進氣口進入后，通過氣嘴輸出到被切割的工件上，所 述圓偏振的激光束通過所述氣嘴照射到被切割的工件上。
[0019] 相較于現有技術，本實用新型提供的一種激光切割設備，所述激光切割設備包括 切割頭、激光器、混合光裝置和反射式相位延遲器;所述混合光裝置和反射式相位延遲器依 次設置在所述激光器的出射光的光路上，所述混合光裝置用于將可見光混入到激光器出射 的激光束中，所述混合光裝置將包含有可見光和激光的混合光束出射到反射式相位延遲器 中，所述反射式相位延遲器將線偏振的激光束轉化成圓偏振的激光束，所述圓偏振的激光 束經切割頭出射到被切割的工件上;所述激光切割設備還包括擴束鏡，所述擴束鏡設置在 混合光裝置與反射式相位延遲器之間的光路上。本實用新型通過反射式相位延遲器將線偏 振激光束轉化成圓偏振的激光束，不僅使切割縫寬一致，減少了掛渣現象，而且，無需采用 傳統(tǒng)的波片實現圓偏振轉化，使得光學系統(tǒng)更加簡單，調節(jié)方便，降低了成本。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型提供的激光切割設備的光路示意圖。
[0021 ]圖2為本實用新型提供的激光切割設備的結構圖。
[0022] 圖3為本實用新型提供的激光切割設備中，激光束經過反射式相位延遲器
[0023] 的示意圖。
[0024] 圖4為本實用新型提供的激光切割設備中，切割頭的左視圖。
[002引圖5為圖帥A-A的剖視圖。
[0026] 圖6為本實用新型提供的激光切割設備中，切割頭的正視圖。
[0027] 圖7為本實用新型提供的激光切割設備中，X軸行走裝置的結構圖。
[0028] 圖8為本實用新型提供的激光切割設備中，Y軸行走裝置的結構圖。
[0029] 圖9為本實用新型提供的激光切割設備中，數字控制系統(tǒng)的結構框圖。
[0030] 圖10為本實用新型提供的激光切割設備的外形圖。
[0031] 圖11為本實用新型提供的激光切割設備中，激光束通過棱鏡的光路示意圖。
[0032] 圖12為本實用新型提供的激光切割設備中，激光束通過光束整形裝置的光路示意 圖。
[0033] 圖13為本實用新型提供的激光切割設備的光路傳輸方法的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0034] 本實用新型提供一種激光切割設備。為使本實用新型的目的、技術方案及效果更 加清楚、明確，W下參照附圖并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W解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0035] 請參閱圖1和圖2,本實用新型提供一種激光切割設備，所述激光切割設備為二氧 化碳激光切割設備，包括切割頭10、激光器110、混合光裝置130和反射式相位延遲器150;所 述激光器為110為二氧化碳激光器;所述混合光裝置130和反射式相位延遲器150依次設置 在所述激光器110的出射光的光路上;所述混合光裝置130將可見光混入到激光器110出射 的激光束中，并將包含有可見光和激光的混合光束出射到反射式相位延遲器150中；所述反 射式相位延遲器150將線偏振的激光束轉化成圓偏振的激光束，所述圓偏振的激光束經切 割頭10出射到被切割的工件上。
[0036] 本實用新型通過反射式相位延遲器將線偏振激光束轉化成圓偏振的激光束，不僅 使切割縫寬一致，減少了掛渣現象，而且，無需采用傳統(tǒng)的波片實現圓偏振轉化，使得光學 系統(tǒng)更加簡單，調節(jié)方便，降低了成本。
[0037] 請一并參閱圖3,所述反射式相位延遲器150為四分之一波長反射式相位延遲器， 所述混合光裝置130出射的混合光束(包括激光束a和可見光）W45°的入射角入射到所述反 射式相位延遲器150中；所述混合光束中的激光束a的線偏振方向c與激光束所在的入射面A 成45°。換而言之，所述四分之一波長反射式相位延遲器的光軸面與混合光裝置130的出射 光的線偏振方向呈45°。運樣，四分之一波長反射式相位延遲器將線偏振的激光束a轉化為 圓偏振激光束b，不損失激光束能量，獲得圓偏振激光進行加工，切割時，不會出現掛渣現 象。所述反射式相位延遲器150不僅用于將線偏振光轉化為圓偏振光，還用做反射鏡，即，用 于改變所述混合光的光路，將入射的混合光反射出去。為了使得偏振方向平行于激光器110 底座或垂直于激光器110底座的激光束轉化為圓偏振，本實用新型將激光器110繞激光束的 軸向旋轉45°放置。
[0038] 所述混合光裝置130包括用于提供可見光的指示光源131和合束鏡132。具體的，激 光器110出射的激光束水平入射到合束鏡132中，合束鏡132與入射的激光束呈45°角，合束 鏡132的上、下兩個表面鍛有對激光束有高透射率的高透射膜層，因此激光束可W高效的通 過，指示光源131發(fā)出指示光束，其波長為可見光范圍，即位于4(K)nm-700nm范圍。指示光束 W45°角度入射到合束鏡132,合束鏡132的上表面鍛有對指示光束有的高反射率的高反射 膜層，所W指示光束就會被合束鏡132的上表面反射，因為合束鏡132與整形光束和指示光 束都是呈45°，所W經過合束鏡132后，指示光束和整形光束重合。指示光束是可見光，所W 能夠對調試過程進行指示，雖然整形光束不可見，但是可W通過與其重合的指示光束進行 調試，當指示光束調試完成，即意味著與其重合的整形光束也已經調試完成。
[0039] 本實用新型所述激光切割設備還包括擴束鏡140,所述擴束鏡140設置在混合光裝 置130與反射式相位延遲器150之間的光路上，用于對混合光束進行擴束。所述擴束鏡140的 鏡片表面都鍛有對激光束和指示光束有高透射率的高透射膜層，W便激光束和指示光束高 效透過。
[0040] 本實用新型所述激光切割設備還包括設置在反射式相位延遲器150出射光光路上 的第一反射鏡160,所述切割頭內還設置有依次設置在反射式相位延遲器150出射光光路上 的第二反射鏡161、聚焦鏡170和保護鏡171。所述反射式相位延遲器150出射的混合光束經 聚焦鏡170聚焦后，照射到被切割的工件上。
[0041] 具體的，所述第一反射鏡160和第二反射鏡161采用零相移反射鏡片，對圓偏振激 光束的偏振態(tài)無影響，所述第一反射鏡160和第二反射鏡161的表面都鍛有對激光束和指示 光束有高反射率的高反射膜層，因此激光束和指示光束都被高效反射。所述反射式相位延 遲器150出射的圓偏振激光束和指示光束W45°入射角入射到第一反射鏡160中，第一反射 鏡160出射的激光束和指示光束同樣W45°入射角入射到第二反射鏡161中，第二反射鏡161 出射的激光束經聚焦鏡170聚焦后，照射到被切割的工件上。
[0042] 由此可知，采用本實用新型提供的激光切割設備，能將線偏振激光束轉化為圓偏 振激光束，使得在加工時，在不同的方向上，材料對激光的吸收率相同，所W可W避免切割 時，X方向和Y方向的線寬不一致，從而保證獲得各個方向一致的切割縫寬，從而保證尺寸精 度，而且，也可W保證切割效果的一致，如材料切割縫邊緣整齊、效果一致，底部掛渣的程度 一致均勻。另外，采用保護鏡171，避免灰塵或切割碎屑污染切割頭內部的上述光學設備。
[0043] 請參閱圖4、圖5和圖6,所述切割頭10還設置有用于調節(jié)聚焦鏡170與被切割的工 件之間的距離的調高螺桿180,所述調高螺桿180豎直設置在所述切割頭10的一側，所述聚 焦鏡170和保護鏡171固定在所述調高螺桿180上。所述聚焦鏡170可拆卸的安裝在切割頭10 內部的腔體中。
[0044] 所述切割頭10的底部設置有用于輸入壓縮氣體的進氣口 190和用于輸出壓縮氣體 的氣嘴191;壓縮氣體從進氣口 190進入后，通過氣嘴191輸出到被切割的工件上，所述圓偏 振的激光束通過所述氣嘴191照射到被切割的工件上。
[0045] 所述調高螺桿180可W為手動調節(jié)螺桿或者電動調節(jié)，可帶動聚焦鏡170及保護鏡 171上下移動，從而當更換不同焦距的聚焦鏡170時，能夠使聚焦光斑維持在被加工材料上。 例如，當更換焦距更短的聚焦鏡170時，此時聚焦鏡170距離被加工材料應該更近，所W可調 節(jié)調高螺桿180帶動聚焦鏡170下降，從而維持聚焦光斑在被加工材料上。本實用新型的保 護鏡171位于聚焦鏡170下方，具有防止灰塵污染聚焦鏡170的作用。圓偏振激光束通過聚焦 鏡170聚焦后，通過保護鏡171，聚焦激光束通過氣嘴191，聚焦到被加工材料上，對被加工材 料進行加工。
[0046] 請參閱圖2,所述激光切割設備還包括基座40、用于驅動X軸行走裝置20沿Y軸運動 的Y軸行走裝置30W及用于驅動所述切割頭10沿X軸運動的X軸行走裝置20;所述Y軸行走裝 置30設置在所述基座40上，所述X軸行走裝置20設置在所述Y軸行走裝置30上;所述切割頭 10設置在所述X軸行走裝置上。
[0047] 所述激光器110、混合光裝置130、擴束鏡140和反射式相位延遲器150均設置在所 述基座40上。所述激光器110與反射式相位延遲器150之間的光路與X軸方向平行，所述反射 式相位延遲器150與第一反射鏡160之間的光路與Y軸方向平行，第一反射鏡160與第二反射 鏡161之間的光路與X軸方向平行。即，所述第一反射鏡160設置在X軸行走裝置20靠近第一 反射鏡160的一端，所述切割頭10設置在X軸行走裝置20的另一端。運樣設置，使得X軸行走 裝置20和切割頭10的移動均不會影響激光的正常輸出。
[004引具體的，請參閱7,所述X軸行走裝置20包括X軸基座210、X軸導軌220、X軸電機230、 X軸絲桿240、X軸車載板250和安裝板260 (安裝板見圖4-圖6 );所述X軸基座210設置在所述Y 軸行走裝置30上，所述X軸導軌220、X軸電機230和X軸絲桿240均設置在所述X軸基座210上， 所述安裝板固定在所述X軸車載板250的側邊，所述X軸車載板250設置在所述X軸導軌220 上，所述X軸電機230通過驅動X軸絲桿240轉動來帶動X軸車載板250沿X軸導軌220進行直線 運動。所述X軸絲桿240設置在X軸導軌220中間。
[0049] 所述X軸車載板250與X軸基座210的兩個端部之間均設置有彈性可伸縮的X軸防塵 罩270。所述X軸防塵罩270-端固定在X軸基座210的端部，所述X軸防塵罩270的另一端固定 在X軸車載板250上，所述X軸防塵罩270罩設在所述X軸導軌220上，避免X軸行走裝置20內部 進入灰塵。
[0050] 所述X軸導軌220的兩端設置有用于限制X軸車載板250的行程的X軸限位器280;所 述X軸絲桿240的末端設置有用于防止X軸車載板250沖出基座的X軸緩沖器290。所述X軸車 載板250在運動過程中，通過安裝在導軌兩端的X軸限位器280控制X軸車載板250的活動行 程，當X軸車載板250運動至化軸限位器280處時，將觸發(fā)X軸限位器280限位，X軸車載板250將 立即減速。為了保證X軸車載板250運動過程中不會沖出機臺范圍，在X軸絲桿240的末端安 裝X軸緩沖器290, W防止X軸車載板250運動時沖出導軌。
[0051] 所述基座40上表面設置有凹陷的、用于固定被加工材料的固定臺410,所述固定臺 410內設置有凹槽，便于固定厚度不一的材料。所述基座40為大理石基座，本實用新型的X軸 行走裝置20及Υ軸行走裝置30安裝在大理石基座上，大理石基座能夠保證ΧΛ軸高速運動過 程中的穩(wěn)定性。
[0052] 請一并參閱圖8,所述Υ軸行走裝置30包括第一 Υ軸導軌321、第二Υ軸導軌322、第一 Υ軸電機331、第二Υ軸電機332、第一 Υ軸絲桿341、第二Υ軸絲桿342、第一 Υ軸車載板351和第 二Υ軸車載板352;所述第一 Υ軸導軌321、第二Υ軸導軌322、第一 Υ軸電機331、第二Υ軸電機 332、第一 Υ軸絲桿341和第二Υ軸絲桿342設置在所述基座40上;所述第一 Υ軸導軌321和第二 Υ軸導軌322平行，所述第一 Υ軸車載板351設置在所述第一 Υ軸導軌321上，所述第一 Υ軸電機 331通過驅動第一 Υ軸絲桿341轉動來帶動第一 Υ軸車載板351沿第一 Υ軸導軌321進行直線運 動;所述第二Υ軸車載板352設置在所述第二Υ軸導軌322上，所述第二Υ軸電機332通過驅動 第二Υ軸絲桿342轉動來帶動第二Υ軸車載352板沿第二Υ軸導軌322進行直線運動;所述X軸 基座210的一端固定在所述第一 Υ軸車載板上351，所述X軸基座210的另一端固定在所述第 二Υ軸車載板352上;所述第一 Υ軸車載板351和第二Υ軸車載板352同步運動。
[0053] 所述第一 Υ軸車載板351與第一 Υ軸絲桿341的起始端之間設置有彈性可伸縮的Υ軸 防塵罩370。所述第二Υ軸車載板352與第二Υ軸絲桿342的起始端之間同樣設置有彈性可伸 縮的Υ軸防塵罩370。所述Υ軸防塵罩370罩設在相應的Υ軸導軌上，避免Υ軸行走裝置30內部 進入灰塵。
[0054] 所述第一 Υ軸導軌321的兩端和第二Υ軸導軌322的兩端均設置有Υ軸限位器380,分 別用來限制各自的車載板的行程。所述第一 Υ軸絲桿341的末端和第二Υ軸絲桿342的末端均 設置有用于防止各自車載板沖出基座的Υ軸緩沖器390。所述Υ軸限位器380、Υ軸緩沖器390 的作用的原理與X軸限位器280、Χ軸緩沖器290相同，在此不再寶述。當然，所述巧郵良位器 380也可只安裝在一個Υ軸導軌上，本實用新型不作限定。
[0055] 本實用新型的Υ軸行走裝置30負載X軸行走裝置20,所WY軸行走裝置30的負載較 大，因此本實用新型采用左邊和右邊兩套電機驅動，增加驅動力，提高運行加速度及速度， 能夠提高加工效率，同時保證高速運動過程中的穩(wěn)定性。
[0056] 進一步的，請參閱圖9,本實用新型提供的激光切割設備，還包括用于控制激光切 割設備的數字控制系統(tǒng)50、用于輸入用戶的操作指令的輸入設備510、用于控制氣嘴輸出氣 體的流量的電氣控制閥520W及顯示器530。所述輸入設備510包括鼠標和鍵盤等，所述數字 控制系統(tǒng)50包括工控機和運動控制卡等。
[0057] 將圖檔或者操作指令導入到數字控制系統(tǒng)50,然后由數字控制系統(tǒng)50控制X軸電 機230、第一Υ軸電機331、第二Υ軸電機332進行運動，從而實現不同圖形軌跡的運動，同時數 字控制系統(tǒng)50控制激光器110的開、關及輸出功率、頻率等，并控制電氣控制閥520，實現氣 體的開、關。從而實現對不同材料的激光加工。本實用新型的激光切割設備在加工部分材料 時需要使用輔助氣體，即在加工過程中氣體從進氣口進入到切割頭內，并同激光束一起從 氣嘴的中屯、射出，從而將激光束烙化的材料及時吹除，從而實現激光切割。本實用新型的激 光切割設備所需要的氣體來自于空氣壓縮機產生的壓縮氣體，然后經過氣體過濾裝置，過 濾掉多余的水分、油等雜質，從而獲得潔凈度較高的氣體，W便于激光加工，然后到達調壓 閥，調壓閥可W調節(jié)氣體的流量，從而控制加工時所用的氣體的流量，然后到達電氣控制閥 520,電氣控制閥520受數字控制系統(tǒng)50控制，可W開、關，從而實現在加工過程中有無輔助 氣體的控制，氣體最后進入激光切割頭，并從氣嘴中屯、處射出。
[0058] 請參閱圖10,本實用新型提供的激光切割設備，包括主殼體60和電器柜70,所述基 座40W及基座40上Y軸行走裝置30和X軸行走裝置20均設置在主殼體60內，所述主殼體60設 置在電氣柜70的上方。電器柜口 710位于設備的前面。所述激光切割設備的上下料口 610位 于設備前面，可W上下移動，從而開啟或者關閉設備，從而可W上料、下料。所述顯示器530 及開關按鈕組540位于設備的右側，報警燈550位于設備的右上角頂部，報警燈550采用Ξ色 燈，紅色表示設備故障，黃色表示待機，綠色表示設備正常運行。
[0059] 本實施例的主殼體60采用封閉式結構，其作用有W下幾個方面：可W防止激光福 射對操作人員的影響，W及在機械運行時，對操作人員安全保護；采用分體封閉式結構，即 主殼體60和電氣柜70分開，運樣在電氣柜70上安裝空調，保證電控柜內恒溫，保證激光器及 各電控元件在最佳性能溫度范圍內工作;可W收集激光切割產生的煙塵，排出車間，防止激 光切割產生的煙塵向外散發(fā);可W降低激光切割產生的噪音。
[0060] 請參閱圖11，本實用新型提供的激光切割設備，本實用新型提供的激光切割設備 還包括用于將激光器110出射的、徑向截面為楠圓的激光束整形成徑向截面為圓形的激光 束的光束整形裝置120。所述光束整形裝置120設置在激光器110與混合光裝置130之間的光 路上;所述光束整形裝置120包括設置在激光器出射光的光路上的棱鏡121;所述棱鏡121的 第一側面1211與激光器110的出射光垂直，激光器射出的激光束（圖中實線箭頭所示)垂直 第一側面1211進入棱鏡121，并在棱鏡121的第二側面1212發(fā)生折射后射出；所述棱鏡121的 主截面與所述楠圓的長軸D1平行，所述棱鏡的頂角Θ小于棱鏡的第二側面1212發(fā)生全反射 的臨界角。
[0061] 由于所述棱鏡的主截面與所述楠圓的長軸D1平行，故光斑(徑向截面)為楠圓的激 光束通過棱鏡后，其長軸的長度被壓縮，短軸的長度不變，因此，原本激光束的光斑為楠圓， 經過棱鏡的整形后，光斑趨向于圓形，提高了激光束的一致性，使激光切割設備切割材料 時，切割的效果一致。
[0062] 如圖11所示，入射光束垂直于棱鏡121的第一側面1211入射，因為垂直入射第一側 面1211，所W在第一側面1211上并沒有反射和折射，光束繼續(xù)傳輸到第二側面1212,在第二 側面1212處發(fā)生折射，入射角度即為棱鏡的頂角Θ，折射角度為β，光束入射方向和折射后光 束方向之間的角度差為丫（圖中未示出）。
[0063] 設棱鏡121的折射率為η，空氣的折射率為巧0,由折射定律得：
[0067]由于一般棱鏡的折射率η大于1，屬于光密介質，而空氣折射率'輝為1，屬于光疏介 質，根據光束折射定律，當光束由光密介質入射到光疏介質時，如果入射角Θ大于全反射的 臨界角f，則光束將全部被反射回原介質。所W可得臨界角f滿足公式:巧X sin/二1。故 臨界角/ = arcsmi。因此，棱鏡的頂角Θ小于棱鏡的第二側面1212發(fā)生全反射的臨界角 巧 f，確保了激光束不會在棱鏡121中發(fā)生全反射，避免激光束損耗。
[0068] 本實施例中，所述棱鏡121為砸化鋒光模，即，所述光模采用砸化鋒(ZnSe)作為光 模材料，砸化鋒對激光器射出的激光的折射率為n=2.4,所W臨界角f=24.624°。故，頂角Θ介 于0~24.624°之間的棱鏡，均可用于本實用新型提供的外光路傳輸系統(tǒng)。
[0069] 圖11中，棱鏡121右側為激光器射出的激光束(整形前的激光束），其波長范圍為9~ Ι?μπι，整形前的激光束的徑向截面為楠圓形（即，光斑為楠圓形），該楠圓長軸的長度為D1， 短軸的長度為D2,設楠圓長軸D1與短軸D2之比為U。棱鏡的第二側面1212出射的激光束的截 面理想的形狀為圓形（即，光斑為圓形），該圓形的直徑為D3,即，楠圓長軸D1方向上的光經 過棱鏡121后，其長度被壓縮成了 D3。所述棱鏡的第一側面1211和第二側面1212的表面均覆 蓋有(鍛有)高透射膜層，所述高透射膜層對激光束有高透過率，使得激光束高效透射。
[0070] 由于激光束垂直棱鏡121的第一側面1211進入，故激光束照射到第二側面1212上 形成的光斑也是楠圓，其長軸的長度L=Dl/cos0。激光束經過第二側面1212的折射后出射， 形成光斑，該光斑的直徑D3=L X cosi3。由于激光器10射出的激光束的光斑的短軸D2與棱鏡 121的主截面垂直，故激光束經過棱鏡121后，其光斑短軸的長度不變，僅在短軸W外的其他 方向上被壓縮，長軸的長度壓縮得最多。因此，想要棱鏡的第二側面1212出射的激光束的光 斑為圓形，只需讓D3=D2即可，換而言之，棱鏡的第二側面1212出射的激光束的徑向截面的 長軸D3與激光器10射出的激光束的徑向截面的短軸長度D2相等，即可使棱鏡的第二側面 1212出射的激光束的徑向截面為圓形，D3就是該圓的直徑。由此，我們可W推算：
[0071] u=Dl/D2=Dl/D3=(LXcos目）/化Xcos0)= cos目/ COS0;
[0074] 因此，所述棱鏡的頂角Θ只要滿足上述公式（1)，經過棱鏡121后出射的激光束 的徑向截面就是圓形。考慮到空氣的折射率:?為1，公式（1)還可W簡化為：
[0075] 本實用新型提供的激光切割設備，在光束整形裝置中，根據激光器射出的激光束 光斑的長短軸之比，只需設置一個頂角Θ滿足公式（1)的棱鏡，讓該棱鏡的第一側面與激光 束垂直，即可將橫截面為楠圓形的激光束整形成橫截面為圓形的激光束，本實用新型相對 其他光束整形系統(tǒng)，結構簡單，無需復雜的光路設計，調節(jié)方便，成本低廉，適用范圍廣。
[0076] 請參閱圖12,所述光束整形裝置120還包括用于使光束整形裝置120的出射光與激 光器110的出射光平行的激光反射鏡122。所述激光反射鏡122可設置在棱鏡121和激光器 110之間，也可W設置在棱鏡121的出射光的光路上。本實施例中，所述激光反射鏡122可轉 動的設置在所述棱鏡121和激光器110之間的光路上，所述激光反射鏡122具體用于改變激 光器110射出的激光束的路徑，使激光束垂直入射到所述棱鏡121的第一側面1211上。當然， 所述棱鏡121同樣可轉動的設置在激光反射鏡122反射光的光路上。即，所述激光反射鏡122 和棱鏡121均可繞垂直于整形前激光束入射方向的軸旋轉，也就是可W繞垂直于棱鏡主截 面的軸旋轉。激光反射鏡122可W繞垂直于棱鏡主截面的軸旋轉，所W可W保證實現對水平 方向入射的整形前激光束進行角度調整，使得整形前的激光束能夠垂直于棱鏡的第一側面 1211入射到棱鏡121中。聯(lián)合調節(jié)激光反射鏡122和棱鏡121與水平方向的夾角，則可實現對 水平入射的整形前激光束進行角度調節(jié)，并保證其能夠垂直入射到棱鏡121的第一側面 1211，并保證整形后的激光束的出射方向也為水平方向。所述激光反射鏡122的表面設置有 高反射膜層，換而言之，所述激光反射鏡122的表面鍛有對整形前的激光束具有高反射率的 膜層。
[0077] 綜上所述，本實用新型提供的激光切割設備，具有如下有益效果：
[0078] 1:本實用新型中激光器繞激光束方向旋轉45°放置，并通過配合使用45°設置的反 射式相位延遲器，將入射線偏振光束轉化為圓偏振光束。常見的光學系統(tǒng)中采用波片實現 圓偏振光束，而本實用新型的減少了波片，使得光學系統(tǒng)更加簡單，調節(jié)方便，降低了成本。
[0079] 2:本實用新型能夠將線偏振的激光束轉化為圓偏振，采用圓偏振激光束加工，在 不同的方向上，材料對激光的吸收率相同，所W可W避免切割時，X方向和Y方向的線寬不一 致，從而保證獲得各個方向一致的切割縫寬，從而保證尺寸精度。也可W保證切割效果的一 致，如材料切割縫邊緣整齊、效果一致，底部掛渣的程度一致均勻。另外，采用圓偏振激光進 行加工，可W保證在加工過程中每個方向上都達到最大的切割效率。
[0080] 3:本實用新型的聚焦鏡安裝在調高螺桿上，可通過手動或者電動調節(jié)，從而適用 不同的焦距的聚焦鏡，并始終保持聚焦光斑在被加工材料固定臺上。
[0081] 4:本實用新型的Χ/?軸行走裝置位于大理石基座上，可W保證高速運動時，機臺的 穩(wěn)定性。
[0082] 5:本實用新型的Y軸行走裝置采用左邊和右邊兩套驅動系統(tǒng)同時驅動，增加驅動 力，提高運行加速度及速度，能夠提高加工效率，同時保證高速運動過程中的穩(wěn)定性。
[0083] 基于上述實施例提供的激光切割設備，本實用新型還提供一種激光切割設備的光 路傳輸方法，請參閱圖13，所述光路傳輸方法包括步驟：
[0084] S10、激光器射出線偏振的激光束。具體的，激光器射出徑向截面為楠圓、線偏振的 激光束;激光器射出的激光束垂直棱鏡的第一側面進入棱鏡，并在棱鏡的第二側面發(fā)生折 射后射出；所述棱鏡的主截面與所述楠圓的長軸平行，所述棱鏡的頂角小于棱鏡的第二側 面發(fā)生全反射的臨界角;所述棱鏡的第二側面將激光束出射到混合光裝置中。
[0085] S20、混合光裝置將可見光混入到激光器出射的激光束中，并將包含有可見光和激 光的混合光束出射到反射式相位延遲器中。
[0086] S30、所述反射式相位延遲器將線偏振的激光束轉化成圓偏振的激光束。
[0087] S40、所述反射式相位延遲器出射的混合光束經聚焦鏡聚焦后，照射到被切割的工 件上。
[0088] 所述激光器的光路傳輸方法的其他特征和原理在上述實施例中已詳細闡述，在此 不再寶述。
[0089]可W理解的是，對本領域普通技術人員來說，可W根據本實用新型的技術方案及 其實用新型構思加 W等同替換或改變，而所有運些改變或替換都應屬于本實用新型所附的 權利要求的保護范圍。
【主權項】
1. 一種激光切割設備，其特征在于，包括切割頭、激光器、混合光裝置和反射式相位延 遲器;所述混合光裝置和反射式相位延遲器依次設置在所述激光器的出射光的光路上，所 述混合光裝置將可見光混入到激光器出射的激光束中，并將包含有可見光和激光的混合光 束出射到反射式相位延遲器中，所述反射式相位延遲器將線偏振的激光束轉化成圓偏振的 激光束，所述圓偏振的激光束經切割頭出射到被切割的工件上;所述激光切割設備還包括 擴束鏡，所述擴束鏡設置在混合光裝置與反射式相位延遲器之間的光路上。2. 根據權利要求1所述的激光切割設備，其特征在于，所述反射式相位延遲器為四分之 一波長反射式相位延遲器，所述混合光裝置出射的混合光束以45°的入射角入射到所述反 射式相位延遲器中；所述混合光束中的激光束的線偏振方向與激光束所在的入射面成45°。3. 根據權利要求2所述的激光切割設備，其特征在于，所述切割頭內設置有位于反射式 相位延遲器的出射光光路上的聚焦鏡，所述反射式相位延遲器出射的混合光束經聚焦鏡聚 焦后，照射到被切割的工件上。4. 根據權利要求3所述的激光切割設備，其特征在于，所述切割頭還設置有用于調節(jié)聚 焦鏡與被切割的工件之間的距離的調高螺桿，所述聚焦鏡固定在所述調高螺桿上。5. 根據權利要求1所述的激光切割設備，其特征在于，所述激光切割設備還包括基座、 用于驅動X軸行走裝置沿Y軸運動的Y軸行走裝置以及用于驅動所述切割頭沿X軸運動的X軸 行走裝置;所述Y軸行走裝置設置在所述基座上，所述X軸行走裝置設置在所述Y軸行走裝置 上;所述切割頭設置在所述X軸行走裝置上。6. 根據權利要求5所述的激光切割設備，其特征在于，所述X軸行走裝置包括X軸基座、X 軸導軌、X軸電機、X軸絲桿、X軸車載板和安裝板;所述X軸基座設置在所述Y軸行走裝置上， 所述X軸導軌、X軸電機和X軸絲桿均設置在所述X軸基座上，所述安裝板固定在所述X軸車載 板的側邊，所述X軸車載板設置在所述X軸導軌上，所述X軸電機通過驅動X軸絲桿轉動來帶 動X軸車載板沿X軸導軌進行直線運動。7. 根據權利要求6所述的激光切割設備，其特征在于，所述Y軸行走裝置包括第一 Y軸導 軌、第二Y軸導軌、第一 Y軸電機、第二Y軸電機、第一 Y軸絲桿、第二Y軸絲桿、第一 Y軸車載板 和第二Y軸車載板;所述第一 Y軸導軌、第二Y軸導軌、第一 Y軸電機、第二Y軸電機、第一 Y軸絲 桿和第二Y軸絲桿設置在所述基座上;所述第一 Y軸導軌和第二Y軸導軌平行，所述第一 Y軸 車載板設置在所述第一 Y軸導軌上，所述第一 Y軸電機通過驅動第一 Y軸絲桿轉動來帶動第 一 Y軸車載板沿第一 Y軸導軌進行直線運動;所述第二Y軸車載板設置在所述第二Y軸導軌 上，所述第二Y軸電機通過驅動第二Y軸絲桿轉動來帶動第二Y軸車載板沿第二Y軸導軌進行 直線運動;所述X軸基座的一端固定在所述第一 Y軸車載板上，所述X軸基座的另一端固定在 所述第二Y軸車載板上;所述第一 Y軸車載板和第二Y軸車載板同步運動。8. 根據權利要求6所述的激光切割設備，其特征在于，所述X軸導軌的兩端設置有用于 限制X軸車載板的行程的X軸限位器。9. 根據權利要求6所述的激光切割設備，其特征在于，所述X軸絲桿的末端設置有用于 防止X軸車載板沖出基座的X軸緩沖器。10. 根據權利要求1所述的激光切割設備，其特征在于，所述切割頭的底部設置有用于 輸入壓縮氣體的進氣口和用于輸出壓縮氣體的氣嘴;壓縮氣體從進氣口進入后，通過氣嘴 輸出到被切割的工件上，所述圓偏振的激光束通過所述氣嘴照射到被切割的工件上。
【文檔編號】B23K26/38GK205614197SQ201620084850
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年1月28日
【發(fā)明人】肖磊, 趙建濤, 徐地華
【申請人】昆山市正業(yè)電子有限公司