激光加工头的制作方法

1.本实用新型涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种激光加工头。


背景技术：

2.激光加工技术涵盖了激光切割、焊接、淬火、打孔、微加工等多种激光加工工艺，利用了激光与物质相互作用的基本特性。由于激光束与加工材料的非接触性、加工速度与质量等优势，奠定了激光加工技术是一种无可替代的高新技术。
3.目前市面上光纤激光高功率激光头一般为定焦加工头，即准直镜焦距与聚焦镜焦距往往固定，这种激光加工头的功能较为单一，逐渐无法满足市场上越来越多样的应用场景需求。为了解决这个问题，现在市面上的激光头可以通过更换不同焦距的聚焦镜的方式来改变激光加工的焦点，从而实现对不同厚度板材的切割。然而这种激光头在使用中还是过于繁琐，且每次更换完都要重新进行调试，使工作人员的工作负担增加。


技术实现要素：

4.基于此，本实用新型提供了一种激光加工头，可以实时改变激光加工焦点的焦距以及激光光斑的大小，有效扩展了本实用新型的激光加工头的适用场景、提高了本实用新型的激光加工头的加工效果。
5.本实用新型提供了一种激光加工头，所述激光加工头包括：光纤接口装置、主机体装置、调焦变倍装置、相机装置以及聚焦装置，其中，所述光纤接口装置、所述调焦变倍装置、所述相机装置以及所述聚焦装置均与所述主机体装置连接；所述调焦变倍装置包括调焦补偿镜和变倍镜；所述相机装置包括合束镜装置以及相机组件；所述主机体装置包括固定镜；所述光纤接口装置、所述调焦补偿镜、所述变倍镜、所述固定镜、所述合束镜装置以及所述聚焦装置呈直线依次布置形成激光加工光路；所述相机组件设置于所述激光加工光路的侧部，所述相机组件、所述合束镜装置以及所述聚焦装置形成相机观察光路；所述调焦补偿镜、所述变倍镜至所述光纤接口装置的距离可变。
6.在部分实施例中，所述调焦变倍装置还包括运动导轨，所述运动导轨平行于所述激光加工光路，所述调焦补偿镜、所述变倍镜均能够沿着所述运动导轨运动。
7.在部分实施例中，所述调焦变倍装置还包括调焦补偿镜座和第一驱动电机，所述调焦补偿镜座用于安装所述调焦补偿镜，所述第一驱动电机具有第一活动端，所述第一活动端与所述调焦补偿镜座连接，所述第一活动端与所述运动导轨连接且沿其运动。
8.在部分实施例中，所述调焦变倍装置还包括变倍镜座和第二驱动电机，所述变倍镜座用于安装所述变倍镜，所述第二驱动电机具有第二活动端，所述第二活动端与所述变倍镜座连接，所述第二活动端与所述运动导轨连接且沿其运动。
9.在部分实施例中，所述调焦变倍装置还包括用于限制所述调焦补偿镜的调节范围的调焦限位组件，以及用于限制所述变倍镜的调节范围的变倍限位组件。
10.在部分实施例中，所述调焦限位组件为一个或一个以上，所述变倍限位组件为一
个或一个以上；所述调焦限位组件、所述变倍限位组件为限位挡块或限位传感器。
11.在部分实施例中，所述激光加工头还包括上保护镜装置和/或下保护镜装置，所述上保护镜装置位于所述光纤接口装置与所述调焦变倍装置之间，所述下保护镜装置位于所述聚焦装置远离所述光纤接口装置的一侧。
12.在部分实施例中，所述上保护镜装置和/或所述下保护镜装置与其相邻组件插拔连接。
13.在部分实施例中，所述激光加工头还包括控制模块，所述控制模块能够控制所述调焦补偿镜和所述变倍镜与所述光纤接口装置的距离。
14.在部分实施例中，所述激光加工头还包括加工功能模块，所述加工功能模块可拆卸地连接于所述聚焦装置远离所述光纤接口装置的一侧。
15.有益效果
16.本实用新型的激光加工头，通过设置所述调焦补偿镜、所述变倍镜至所述光纤接口装置的距离可变，使得本实用新型的激光加工头可以实时地变焦以及对激光光斑的大小进行调节，从而可以针对不同加工对象的材料特性以及应用场景选择最佳的光斑焦点组合。与此同时，通过设置相机装置，操作人员可以实时动态地观察加工对象的加工情况，提高操作人员的使用体验。
附图说明
17.图1为部分实施例中本实用新型的激光加工头的示意图；
18.图2为部分实施例中本实用新型的激光加工头的结构示意图；
19.图3为部分实施例中本实用新型的激光加工头的调焦变倍装置的爆炸图；
20.图4为部分实施例中本实用新型的激光加工头的主机体装置的爆炸图。
具体实施方式
21.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
24.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
27.参阅图1、图2，图1示出了本实用新型一实施例中的激光加工头的示意图，图2示出了图1中激光加工头的结构示意图，本实用新型一实施例提供了的激光加工头，包括光纤接口装置1、主机体装置2、调焦变倍装置3、相机装置4以及聚焦装置5，光纤接口装置1、调焦变倍装置3、相机装置4、聚焦装置5均直接或间接地与主机体装置2形成连接。
28.如图3所示为调焦变倍装置3的爆炸示意图，如图4所示为主机体装置2的结构示意图，调焦变倍装置3包括调焦补偿镜309和变倍镜315，主机体装置2包括固定镜205；相机装置4包括合束镜装置以及相机组件(图中未示出)；光纤接口装置1、调焦补偿镜309、变倍镜315、固定镜205、所述合束镜装置以及聚焦装置5呈直线依次布置形成激光加工光路；所述相机组件设置于所述激光加工光路的侧部，所述相机组件、所述合束镜装置以及聚焦装置5形成相机观察光路；调焦补偿镜309、变倍镜315至光纤接口装置1的距离可变。
29.本实用新型的激光加工头在使用时，光纤接口装置1用于连接外部的激光器以提供激光光源，激光经过调焦补偿镜309后可以调整其焦距即加工位置，随后经过变倍镜315调整其加工位置处光斑的尺寸大小，经过固定镜205后最终确定其焦距和光斑。激光随后直射穿过所述合束镜装置，经聚焦装置5汇聚后即可进行激光加工。同时，激光加工对象的光纤通过聚焦装置5后经合束镜装置发生反射进入相机组件中，从而可供操作人员实时地观察激光加工对象的情况。
30.本实用新型的激光加工头，通过设置所述调焦补偿镜、所述变倍镜至所述光纤接口装置的距离可变，使得本实用新型的激光加工头可以实时地变焦以及对激光光斑的大小进行调节，从而可以针对不同加工对象的材料特性以及应用场景选择最佳的光斑焦点组合。与此同时，通过设置相机装置，操作人员可以实时动态地观察加工对象的加工情况，提高操作人员的使用体验。
31.具体来说，调焦变倍装置3还包括运动导轨304，运动导轨304平行于激光加工光路，调焦补偿镜309、变倍镜315均能够沿着运动导轨304运动。作为某些可具体实现的实施例，调焦变倍装置3包括调焦变倍机体303和机体盖板305，调焦变倍机体303为一面开放的
盒体，机体盖板305盖合于调焦变倍机体303上形成调焦变倍腔体。机体盖板305与主机体装置2连接。运动导轨304设置于调焦变倍机体303内，机体盖板305上设置有对应着运动导轨304的狭槽，调焦补偿镜309、变倍镜315设置于调焦变倍腔体外而位于主机体装置2内，通过所述狭槽与运动导轨304连接。
32.可以理解的，对于调焦补偿镜309、变倍镜315如何沿着运动导轨304运动，本实用新型的激光加工头对此并不限定。作为一个具体的示例，在部分实施例中，调焦变倍装置3还包括调焦补偿镜座308和第一驱动电机3131，调焦补偿镜座308用于安装调焦补偿镜309，第一驱动电机3131具有第一活动端，第一活动端与调焦补偿镜座309连接，第一活动端与运动导轨304连接且沿其运动。如此，通过第一驱动电机3131的第一活动端的动作，即可带动调焦补偿镜座308上的调焦补偿镜309沿着运动导轨304运动。
33.具体来说，所述第一活动端可以为滚珠丝杠结构，滚珠丝杠中的螺杆与第一驱动电机3131的输出端驱动连接，螺杆与运动导轨304平行，运动导轨滚珠丝杠中的运动连接块306与运动导轨304滑动连接。如此，第一驱动电机3131将驱动螺杆发生旋转，并且通过控制第一驱动电机3131输出端的旋转方向，可以使运动连接块306沿着运动导轨304来回滑动，从而带动调焦补偿镜座308上的调焦补偿镜309沿着运动导轨304运动，以调节调焦补偿镜309与光纤接口装置1的距离，改变激光加工的焦点。
34.类似地，调焦变倍装置3还包括变倍镜座314和第二驱动电机3132，变倍镜座314用于安装变倍镜315，第二驱动电机3132具有第二活动端，所述第二活动端与变倍镜座314连接，所述第二活动端与运动导轨304连接且沿其运动。在部分实施例中，所述第二活动端也可以为滚珠丝杠结构。被第二驱动电机3132驱动的运动连接块306分别与变倍镜座314、与运动导轨304连接。如此，第二驱动电机3132通过控制其输出端的旋转方向，可以带动变倍镜315沿着运动导轨304运动，以调节变倍镜315与光纤接口装置1的距离，改变激光光斑的尺寸。
35.作为部分优选的实施例，运动连接块306上还设置有防撞块3061，所述防撞块3061用于防止运动连接块306与驱动变倍机体303或者其他组件发生干涉碰撞。
36.在部分实施例中，调焦变倍装置3还包括用于限制调焦补偿镜309的调节范围的调焦限位组件，以及用于限制变倍镜315的调节范围的变倍限位组件。所述调焦限位组件、所述变倍限位组件可以确保调焦补偿镜309、变倍镜315在合适的范围内调节，一方面避免调焦补偿镜309、变倍镜315与其他的装置组件发生干涉，影响本实用新型的激光加工头的使用稳定性，另一方面也能优选出调焦补偿镜309、变倍镜315的有效调节范围，提高本实用新型的激光加工头的加工表现。
37.显而易见的，对于调焦限位组件、变倍限位组件的具体形式，本领域技术人员可以根据实际情况进行优化选择。类似地，调焦限位组件、变倍限位组件的数目也可以设置为一个或多个。作为某些具体的示例，如图3所示，在前述实施例的基础上，增加设置两个调焦限位组件以及两个变倍限位组件，并且两个调焦限位组件、变倍限位组件分别设置在各自的滚珠丝杠的两端。两个调焦限位组件、变倍限位组件中的其中一个限位挡块312，通过物理阻挡的方式限制调焦限位组件、变倍限位组件的运动。另一个则为限位传感器311，运动连接块306上设置有感应片3110，限位传感器311能够检测到感应片3110。用于调焦限位、变倍限位的限位传感器311分别与第一驱动电机3131、第二驱动电机3132连接，从而在各自的运
动连接块306运动到极限位置时，停止对应的第一驱动电机3131或者第二驱动电机3132，从而确保调焦补偿镜309、变倍镜315在限定的范围调节其与光纤接口装置1的距离。
38.如图1、图4所示，在部分实施例中，所述激光加工头还包括上保护镜装置和/或下保护镜6。具体的，主机体装置2包括主框体201，所述上保护镜装置包括上保护镜202、上保护镜座204和上保护镜壳体203。上保护镜202设置在上保护镜座204上，上保护镜座204设置与上保护镜壳体203内，上保护镜壳体203连接在主框体201的顶端，位于光纤接口装置1与主机体装置2之间。下保护镜6的安装方式与上保护镜202相似，下保护镜6安装在下保护镜座上，下保护镜座设置在下保护镜壳体内。下保护镜壳体连接于聚焦装置5远离光纤接口装置1的一侧。通过设置上保护镜202、下保护镜6可以对调焦变倍装置3、聚焦装置5进行防护。优选的，在部分实施例中，所述上保护镜装置和/或下保护镜装置6与其相邻组件插拔连接，从而可以对其进行快速更换，保证良好的激光加工效果。
39.在部分实施例中，如图4所示，所述主机体装置2还包括固定镜座206、固定镜壳体207，固定镜205安装在固定镜座206上，固定镜座206安装在固定镜壳体207内，固定镜壳体207连接在主框体201的底端。而相机装置4中的所述合束镜装置则连接在所述固定镜壳体207的下方，相机装置4中的相机组件设置于所述合束镜装置的侧部。
40.在部分实施例中，聚焦装置5包括聚焦镜、聚焦镜座，所述聚焦镜安装在所述聚焦镜座上。所述聚焦镜座能够在垂直于所述激光加工光路的平面上移动。具体的，聚焦装置5还包括聚焦上盖板、聚焦壳体、聚焦弹性压圈、聚焦防尘盖板、调节球头柱塞、调节拉簧；所述聚焦上盖板与所述合束镜装置相连接且在其下方，所述聚焦壳体固定在所述聚焦上盖板的下方，所述聚焦防尘盖板连接在所述聚焦壳体的下方。所述聚焦镜座设置在所述聚焦壳体内，且与所述聚焦防尘盖板相连接。所述聚焦镜靠所述聚焦弹性压圈固定在所述聚焦镜座内。所述调节球头柱塞安装在所述聚焦防尘盖板上，所述调节拉簧连接在所述聚焦防尘盖板和所述聚焦镜座之间，所述聚焦镜座靠所述调节球头柱塞调节可做xy水平方向移动。
41.在如图3所示的部分实施例中，所述激光加工头还包括控制模块301，所述控制模块301能够控制所述调焦补偿镜309和所述变倍镜315与所述光纤接口装置1的距离。具体来说，本实用新型的激光加工头还包括与调焦变倍机体303连接的控制模块壳体302，控制模块301安装于控制模块壳体302内。控制模块301分别与调焦变倍装置中的第一驱动电机3131、第二驱动电机3132连接，从而实现对于所述调焦补偿镜309和所述变倍镜315与所述光纤接口装置1的距离的控制。
42.在部分实施例中，如图2所示，本实用新型的所述激光加工头还包括加工功能模块7，所述加工功能模块7可拆卸地连接于所述聚焦装置5远离所述光纤接口装置1的一侧。本领域技术人员可以根据使用用途，将不同的所述加工功能模块7安装在所述激光加工头上。举例来说，所述加工功能模块7可以为熔覆喷嘴装置。而在另一些实施例中，本实用新型的所述激光加工头也可以不设置加工功能模块7，而改为设置气刀保护装置，即将气刀保护装置安装在所述聚焦装置5远离所述光纤接口装置1的一侧，以阻止激光加工时产生的烟气污染激光加工头内的各光学元件。
43.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
44.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。