CN101862911A - 一种手持式激光切割的方法 - Google Patents

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Abstract

一种手持式激光切割的方法，在用手持式激光切割装置切割的过程中，握在手里的手持式激光切割头发出的激光束要聚焦于待切割零部件的相关部位；切割过程中采用指示红光进行空间定位的方式；手持式激光切割头除要输出由Nd:YAG激光器或光纤激光器产生的激光束外，还要输出两束指示红光，这两束指示红光正好在输出的切割用激光束的焦平面中心处会合相交，在其它任何位置不相交；用这两束能会合相交于一点的指示红光来指示切割。

Description

一种手持式激光切割的方法
技术领域
本发明属于一种手持式激光切割的方法。
背景技术
激光切割已经很普遍，激光切割可以用于切割铜、钢、铝合金等金属材料，也可以切割塑料、陶瓷等非金属材料；可以在空气中进行切割，也可以在真空中或惰性气体的保护室里进行切割；可以对能直接接触到的物体进行切割，也可以对不能直接接触到的、处于密封腔内的物体进行切割。可以切割大型部件，也可以用来切割极小的零部件。可以直接进行切割，也可以在一些特定气体的辅助下进行切割。又由于激光切割通常具有许多其它传统切割方法所无法比拟的优越性，如激光切割时，其热影响区小，切割后的表面光滑平整等优点。这使得激光切割有着广阔的应用范围。
目前的激光切割有各种各样。但是，目前的激光切割装置都是针对工作台上的待切割件，还不能对处于工作台之外的工件进行切割。在实际中，我们常常需要对处于墙壁、屋顶或某些设备上等不能拿下来到工作台面的零部件进行切割。这种切割需求，目前市面上的激光切割装置是无能为力的。
针对目前激光切割技术中存在的这种不足，本发明设计一种新型的、手持式的激光切割方法及装置，可以对处于墙壁、屋顶或某些设备上等不能拿下来到工作台面的零部件进行激光切割。
发明内容
本发明的目的是提供一种手持式激光切割的方法，将Nd:YAG激光器或光纤激光器发出的激光束，通过光纤柔性传输到手持式激光切割头里，可以对处于墙壁、屋顶或某些设备上等不能拿下来到工作台面的零部件进行激光切割。这个激光切割方法除了具有普通激光切割的特点外，还具有很多优点，如切割所能达到的空间和角度大，能切割处于墙壁、屋顶或某些设备上等不能拿下来到工作台面的零部件，切割的激光头轻巧，可以手持进行切割等优点。
本发明在用手持式激光切割装置切割的过程中，握在手里的手持式激光切割头发出的激光束要聚焦于待切割零部件的相关部位；切割过程中采用指示红光进行空间定位的方式；手持式激光切割头除要输出由Nd:YAG激光器或光纤激光器产生的激光束外，还要输出两束指示红光，这两束指示红光正好在输出的切割用激光束的焦平面中心处会合相交，在其它任何位置不相交；用这两束能会合相交于一点的指示红光来指示切割。
所述的手持式激光切割装置，由光纤、光纤耦合器、扩束准直镜、切割头、调整螺钉、全反镜、透镜、组合开关、可见光激光器、手柄、半透半反镜、保护镜片、电缆、激光器组成，激光器与光纤、电缆连接，电缆与组合开关连接，光纤与光纤耦合器连接，光纤耦合器与切割头连接，在切割头里装有扩束准直镜和带调整螺钉的全反镜、透镜、可见光激光器、半透半反镜，切割头前装有保护镜片，切割头下面装有手柄，还配备了可移动的刻度尺。
所述的组合开关是3个开关的连接线纽合在一起。
本发明创造的优点和效果：
本发明可以对处于墙壁、屋顶或某些设备上等不能拿下来到工作台面的零部件进行激光切割。这种激光切割方法除了具有普通激光切割的特点外，还具有很多优点，如切割所能达到的空间和角度大，能切割处于墙壁上或屋顶上等不能拿到工作台面的零部件，切割用的激光头轻巧，可以手持进行切割等优点。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
附图1中，在由Nd:YAG激光器或光纤激光器(等能用光纤传输激光束的激光器)构成的切割装置的主体25中输出的激光束通过光纤1传输到手持式激光切割头5的光纤耦合器2，经过光纤耦合器2耦合后的激光束3再经过扩束准直镜4，然后经聚焦透镜9聚焦后会聚于透镜焦平面的待切割点22。
手持式激光切割的过程中，为了很好的对准待切割部位22，用可见光18作为指示激光束。由可见光激光器11发出的指示激光束经过半透半反镜17后，透射后的一部分激光束18与扩束后用于切割的激光束20平行，经过透镜9后到达待切割部位22；经过半透半反镜17反射后的激光束19再经过全反镜7后，获得与切割激光束20基本平行的指示激光束8，再经过透镜9后到达待切割部位22。全反镜7上配备可调整的螺钉6，用于调整反射后指示激光束8的方向。如果用于指示的可见光激光束18(或激光束8)和用于切割的激光束3(或激光束20)的波长差不多，则调整全反镜7的方位，使反射后的指示激光束8以及经过半透半反镜的指示激光束18平行于用于切割的激光束20，则两束指示激光束8和18经过透镜9后的会聚点就是22，和切割激光束20的焦点一致。但是，由于指示激光束8(或激光束18)和切割用激光束20的波长的差异，必然存在色差，使得两束指示激光束的会聚点和切割用激光束20的焦点有一点点差异。所以，可以通过调整螺钉6调整全反镜7的方位，使两束指示激光束在透镜9后的会聚点与切割用激光束的焦点重合，以便对后续切割进行指示。
为了定位的方便，还配备了可移动的刻度尺21，可以通过调节刻度尺伸出部分的长度，来指示切割用激光束20的焦平面位置。
手持式激光切割头上还有用于手持的手柄15，用于单次切割的按钮开关16，用于可见光指示激光器电源的开关12，总电源开关13，开关12、13、16的连接线14纽合在一起为10，再通过电缆24和光纤1一起并行传输一定距离连接到激光器25。
为了防止切割过程中金属残渣对聚焦透镜9的损坏，在聚焦透镜的外面设置保护镜片23。
具体的实施方式可结合附图1描述如下。
由Nd:YAG激光器或光纤激光器(等能用光纤传输激光束的激光器)构成的切割装置的主体25输出的激光束经过光纤1的远距离柔性传输后，到手持式激光切割头5的光纤耦合部件2，经耦合输出后的激光束3进入扩束准直镜4，扩束准直后的激光束20再由聚焦透镜9聚焦于焦点22处。整个***的控制信号、可见光指示激光器的电源及控制信号等都由Nd:YAG激光器或光纤激光器(等能用光纤传输激光束的激光器)构成的切割装置的主体25输出，经过电缆24、10传给手持式激光切割头5的手柄15里面进行处理。
切割时，先打开总电源开关13和可见光指示激光器电源的开关12，通过移动刻度尺21、可见光指示激光器11发出的可见指示光，将待切割部位对准于焦点22处，然后按动激光输出按钮16，用预先在切割装置的主体25上设置好的参数，进行切割。
指示激光器11发出的指示用可见光经过半透半反镜17分束后再经过聚焦透镜9后会聚，通过调整螺钉6使其在焦点22处会合，用于指示切割用的不可见激光束。
通常，当聚焦透镜9的焦距一定时，焦点22的位置是一定的。所以，一套手持式激光切割设备在出厂前可以先调整螺钉6，使指示激光器11发出的指示用可见光经过半透半反镜17分束后再经过聚焦透镜9后会聚在焦点22处。之所以设置可微调的调整螺钉6，是由于与激光束20平行的两束调整光8和18经过透镜9后的会聚点与激光束20经过透镜9后的会聚点不完全重合，这是由于色差所引起的。譬如，如果激光束20的波长为1.06μm，两束调整光8和18的波长为0.6328μm(氦氖激光器发出的红色指示光)，透镜9的焦距为100mm的话，则由于色差所引起的差异大概在1～2mm，所以，通过可调节的调整螺钉6的微调即可。
可见指示激光器也可以装在切割装置的主体25中，然后通过光纤传输变换后再作指示光。
也可以通过其他方式指示切割用激光束20聚焦后的焦点位置。
为了减轻手持式切割激光头的重量，将用于调整激光束参数的控制面板等安放到切割装置的主体25一起。不考虑增加手持式切割激光头的重量的前提下，也可以将用于调整激光束参数的控制面板等安放在手持式切割激光头上，或者另加一个与手持式激光切割头并联的控制部件。
利用以上装置，选用10～300w脉冲或连续光纤激光器或Nd:YAG激光器，在氧气的辅助下(钛及其合金的切割通常用氩气辅助)，用聚焦透镜对激光束进行聚焦。可以对厚度在5mm以下的不锈钢、铜、铝及铝合金等材料进行切割。
切割时所用辅助气体氧气的压力为8bar左右。切割时的切割速度根据切割材料厚度和激光功率的不同选择在0.1～9m/min之间。
如用100w的SPI光纤激光器，在8bar压力氧气的辅助下，用焦距为50mm的聚焦透镜对激光束进行聚焦，可以分别对厚度为0.5mm、0.2mm、0.1mm的304不锈钢板进行切割，切割时的速度分别为30mm/s、100mm/s、150mm/s。用100w的SPI光纤激光器，在8bar压力氧气的辅助下，用焦距为50mm的聚焦透镜对激光束进行聚焦，可以分别对厚度为0.1mm的黄铜、0.5mm的低碳钢、0.75mm的单硅进行切割，其切割速度分别可以达到30mm/s、40mm/s、2mm/s。
用100w的SPI光纤激光器，在氩气的辅助下，可以将厚度为0.6mm的318钛合金进行切割，切割速度可以达到20mm/s。

Claims (3)

1.一种手持式激光切割的方法，其特征是在用手持式激光切割装置切割的过程中，握在手里的手持式激光切割头发出的激光束要聚焦于待切割零部件的相关部位；切割过程中采用指示红光进行空间定位的方式；手持式激光切割头除要输出由Nd:YAG激光器或光纤激光器产生的激光束外，还要输出两束指示红光，这两束指示红光正好在输出的切割用激光束的焦平面中心处会合相交，在其它任何位置不相交；用这两束能会合相交于一点的指示红光来指示切割。
2.据权利要求1所述的手持式激光切割的方法，其特征是手持式激光切割装置由由光纤、光纤耦合器、扩束准直镜、切割头、调整螺钉、全反镜、透镜、组合开关、可见光激光器、手柄、半透半反镜、保护镜片、电缆、激光器组成，其特征是激光器(25)与光纤(1)、电缆(24)连接，电缆(24)与(10)连接，光纤(1)与光纤耦合器(2)连接，光纤耦合器(2)与切割头(5)连接，在切割头(5)里装有扩束准直镜(4)和带调整螺钉(6)的全反镜(7)、透镜(9)、可见光激光器(11)、半透半反镜(17)，切割头(5)前装有保护镜片(23)，切割头(5)下面装有手柄(15)，还配备了可移动刻度尺(21)。
3.据权利要求2所述的手持式激光切割方法及其装置，其特征是所述的(10)是开关(12)、开关(13)、开关(16)的连接线(14)纽合在一起。
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