CN102380710A - 一种激光焦点位置快速找正装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光加工中激光焦点位置快速找正装置，激光加工头部件最下部是探头，电动机通过齿轮变速箱接离合机构，离合机构接同步带一端，同步带另一端接同步齿轮，同步齿轮固接机床丝杆下端，机床丝杆通过丝杆螺母固接机床Z向侧板一侧，机床Z向侧板另一侧固接激光加工头部件；离合器轴和离合齿轮均同轴位于筒状的内齿同步带轮中腔中，离合器轴固定接离合销轴一端，离合销轴另一端向下活动连接离合齿轮，内齿同步带轮与离合齿轮以内外齿相啮合，内齿同步带轮外圈接同步带一端；具有动力驱动关闭功能，能避免加工过程中焦距探测部件产生干涉，有效解决了激光焦点位置找正的便捷性、准确性和多次找正的一致性等问题。

Description

一种激光焦点位置快速找正装置

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工中自动快速确定焦点位置的装置。

背景技术

 激光加工技术作为特种加工技术的一部分正被广泛应用于机械加工制造领域。在激光加工过程中，影响其加工质量的工艺因素主要有激光功率、加工速度、离焦量、保护气体等。而离焦量，即激光焦点与工件上表面之间的距离，是一个重要的工艺参数，其决定了激光能量密度的大小，离焦量选择不准确或不方便，必然影响加工质量和加工效率。

目前激光加工过程的离焦量一般为预先选定，这就要求在激光正式加工零件之前，需要先确定激光焦点位置，然后根据此焦点位置，再来确定离焦量，所以确定激光焦点位置就显得较为重要。目前常用的焦点位置的找正方法有：一是：用低功率连续激光在焦点附近由低到高在厚纸板或树脂板上烧出一条连续的划痕，比较划痕的粗细变化来确定激光焦点的位置；二是：用大功率脉冲激光在焦点附近由低到高在钢板上按一定间隔打出匙孔，比较匙孔的大小来确定激光焦点的位置。这两种方法的缺点是需要重复试验，精度低，多次确定激光焦点位置的一致性较差。

中国专利公开号为“CN 101823181 A”，名称为“一种快速标定激光焦点位置的方法及机构”，公开了一种快速标定激光焦点位置的方法及机构，通过将靠近透镜的光路挡住一半，从而使激光束只成半圆状的像；再将距离按线性变化，使激光在焦点的前后位置对钢板进行烧蚀后，比较光斑形状的变化从而确定激光焦点的位置，该方法及机构与传统方法类似，不能有效地解决激光焦点快速精密的确定及多次找正的一致性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能对激光焦点位置进行便捷、快速、准确（一致性好）的找正装置，有效解决现有激光加工中激光焦点位置找正的弊端。

本发明是通过以下技术方案来实现的：动力驱动部件通过传动部件连接激光加工头部件，激光加工头部件的最下部是探头，探头电连接PLC控制部件，动力驱动部件包括DC24V电动机，齿轮变速箱和离合机构，DC24V电动机电连接PLC控制部件且通过齿轮变速箱连接离合机构，离合机构连接传动部件的同步带一端，同步带另一端连接同步齿轮，同步齿轮固接机床丝杆的下端，机床丝杆上套装丝杆螺母，丝杆螺母固接机床Z向侧板的一侧，机床Z向侧板的另一侧固接激光加工头部件。 

所述离合机构包括离合器轴、离合销轴、内齿同步带轮和离合齿轮；离合器轴和离合齿轮均同轴位于筒状的内齿同步带轮的中腔中；齿轮变速箱的动力输出轴下端同轴固接离合器轴，离合器轴固定连接离合销轴的一端，离合销轴另一端向下活动连接离合齿轮；内齿同步带轮与离合齿轮以内外齿相啮合，离合器轴与内齿同步带轮之间留有间隙，内齿同步带轮外圈连接同步带一端。

所述激光加工头部件包括探头伸缩杆、导向套和探测基座，探头上部分通过螺纹固接探头伸缩杆下端，探头伸缩杆外间隙套有导向套，导向套固接探测基座，探测基座固接于机床Z向侧板的另一侧。

所述离合齿轮中间固接离合器拉杆上端，离合器拉杆中段通过平面轴承连接离合手柄固定板，离合器拉杆下端固接离合手柄的下端，离合手柄穿过离合手柄固定板上的槽并通过连接件铰接于离合手柄固定板，离合手柄 的上端向上扳动后接触于控制开关的触点且离合齿轮向下处于脱开离合销轴位置，控制开关电连接PLC控制部件。

探头伸缩杆左右两侧对称设置一对拨杆和一对连杆，拨杆中段通过销与连杆的下端活动连接，拨杆的下端铰接在探测基座上，一对连杆上端固接固套在探头伸缩杆上的固定环。

本发明的有益效果是：

1、能实现自动找寻焦点位置的目的，解决了激光焦点位置找正不方便、精度低、一致性差的缺点，实现探头的精确定位，最终实现激光焦点位置高效快速、便捷精确的找正。

2、具有动力驱动关闭功能，能避免加工过程中焦距探测部件产生干涉。

3、设计合理，结构简单，制造方便，能够有效地解决激光焦点位置找正的便捷性、准确性和多次找正的一致性等问题，从而提高激光加工的质量，减少了找正的辅助时间，降低了成品废品率。

 附图说明

下面通过附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明；

图1是本发明激光焦点位置找正装置的组装图；

图2是图1中激光加工头部件G的结构放大图，即图1中激光加工头部件G放大的右向视图；

图3是图1中动力驱动部件F的放大主视图，即图1中动力驱动部件F放大的左向视图；

图4是图3中局部H的放大图；即离合机构的放大图；

图中：1.探头，2.弹簧夹头，3.探测基座，4.导向套，5、10.拨杆，6、9.连杆，7.固定环，8.探头伸缩杆，11.连接件，12.离合手柄，13.齿轮变速箱，14.DC24V电动机，15.过渡角板，16.动力输出轴，17.离合器轴，17-1.离合销轴，18.内齿同步带轮，19.离合齿轮，20.拉杆定位螺钉，21.平面轴承，22.离合器拉杆，23.控制开关，24.离合手柄固定板，A.同步带，B.同步齿轮，C.丝杆螺母，D.机床丝杆，E.机床Z向侧板。F.动力驱动部件。

具体实施方式

参见图1，本发明主动包括动力驱动部件F、传动部件和激光加工头部件G这三大部件，动力驱动部件F通过传动部件连接激光加工头部件G。其中，传动部件包括同步带A、同步齿轮B、丝杆螺母C和机床丝杆D。动力驱动部件F连接传动部件中的同步带A的一端，同步带A的另一端连接同步齿轮B，同步齿轮B固定连接于机床丝杆D的下端，机床丝杆D上部分上套装与之配套的丝杆螺母C，丝杆螺母C固定连接机床Z向侧板E的一侧，机床Z向侧板E的另一侧固定连接激光加工头部件G。由动力驱动部件F依次带动同步带A运动、同步齿轮B和机床丝杆D转动，机床丝杆D的转动使丝杆螺母C沿机床丝杆D的轴向作上下移动，将旋转运动转变为直线运动，从而通过机床Z向侧板E带动激光加工头部件G作上下移动。

参见图2，激光加工头部件G用于对焦距进行探测，由探头1、弹簧夹头2、探测基座3，导向套4、拨杆5，10、连杆6， 9、固定环7、探头伸缩杆8组成；其中，探测基座3固定连接在机床Z向侧板E的另一侧，通过探测基座3将激光加工头部件G和机床Z向侧板E固接在一起。激光加工头部件G的最下部是探头1，探头1与PLC控制部件（图中省略了PLC控制部件）电连接，探头1的上部分通过螺纹方式固定连接探头伸缩杆8下端，探头1与探头伸缩杆8之间的螺纹位置可调整。将探头伸缩杆8垂直放置，探头伸缩杆8外套导向套4，与导向套4间隙配合，导向套4固定连接在探测基座3上，通过导向套4的外圆与探测基座3上的内孔作过盈配合以固定。在导向套4下端位置、与探头伸缩杆8之间设置弹簧夹头2，探头伸缩杆8与导向套4之间的间隙通过弹簧夹头2进行微调。工作时，通过机床Z向侧板E实现探测基座的上下运动（位移），从而带用了探头1的上下运动。

为避免探头1在加工过程出现被干涉的可能，在正式加工之前还需要进行收缩探头1的工作。因此，在探头伸缩杆8的左右两侧设置对称的一对拨杆5，10和一对连杆6、9，拨杆5、10中段通过销与连杆6、9的下端活动连接，拨杆5、10的下端铰接在探测基座3上。一对连杆6、9的上端通过螺钉固定连接于固定环7，固定环7通过其自身内孔及螺钉固定套在探头伸缩杆8上。这样，扳动一对拨杆5，10，带动一对连杆6、9联动，从而通过一对连杆6、9带动固定环7上下移动，实现探头伸缩杆8的上下滑动（位移），最终实现探头1的上下位移，将此位置固定后即可完成收缩探头1的工作。  

参见图3，动力驱动部件F包括DC24V电动机14，齿轮变速箱13和离合机构，动力驱动部件F通过离合机构连接同步带A的一端。DC24V电动机14，齿轮变速箱13均固定安装在过渡角板15上。DC24V电动机14通过齿轮变速箱13连接离合机构，并将DC24V电机14电连接PLC控制部件。

参见图3-4，齿轮变速箱13通过其动力输出轴16连接离合机构。离合机构包括离合器轴17、离合销轴17-1、内齿同步带轮18和离合齿轮19。其中，动力输出轴16的下端同轴固定连接离合器轴17，两者作孔轴配合联接。离合器轴17固定连接离合销轴17-1的一端，离合销轴17-1另一端向下伸至离合齿轮19的相应孔中，离合销轴17-1与离合齿轮19通过活动键连接，离合销轴17-1可均布3根，这样，离合器轴17通过离合销轴17-1带动离合齿轮19作旋转运动。内齿同步带轮18为筒状，离合器轴17和离合齿轮19均位于内齿同步带轮18的中腔中，且离合器轴17、离合齿轮19和内齿同步带轮18三者同轴，内齿同步带轮18与离合齿轮19通过内外齿啮合相联接，离合器轴17与内齿同步带轮18之间留有间隙，内齿同步带轮18外圈连接图1中的同步带A的一端，通过内齿同步带轮18的旋转带动同步带A运动。离合器轴17通过离合销轴17-1带动离合齿轮19作旋转运动，内齿同步带轮18通过同步带A与同步齿轮B联接，从而实现了同步齿轮B的旋转运动。

在激光加工之前的焦点位置校正时，当探头1与被加工零件上表面发生感应后，将相应的信号传输至PLC控制部件，此时PLC控制部件得到该信号反馈后，输出对应的信号至DC24V电机14，DC24V电机14根据得到的信号，带动动力输出轴16进行对应的旋转运动，从而依次带动离合器轴17、离合销轴17-1、离合齿轮19、内齿同步带轮18、同步带A、同步齿轮B、机床丝杆D、丝杆螺母C运动，使激光加工头部件G的探头1上下运动，最终实现自动找寻激光焦点位置的作用。

参见图3-4，在加工时，为避免机床丝杆D易被损坏，在动力驱动部件F上设置一个脱开机构，实现动力输出关闭功能。该脱开机构包括在离合齿轮19上固定连接离合器拉杆22，将离合器拉杆22的上端通过拉杆定位螺钉20固接离合齿轮19中间，离合器拉杆22的中段连接平面轴承21，平面轴承21同时连接离合手柄固定板24，将平面轴承21与离合手柄固定板24上的内孔配合联接。参见图3-4，将离合器拉杆22的下端固定连接离合手柄12的下端，离合手柄12穿过离合手柄固定板24上的槽，并通过连接件11铰接在离合手柄固定板24上，连接件11可由螺钉、弹簧、钢球组成。在离合手柄固定板24上且靠近离合手柄12位置处设置控制开关23，将控制开关23电连接PLC控制部件。离合手柄12的上端向上延伸，是操作端，当向上扳动离合手柄12的操作端，通过连接件11实现自身的旋转运动，从而带动离合器拉杆22向下运动，此时，离合器拉杆22通过拉杆定位螺钉20带动离合齿轮19向下滑动（位移），使得离合齿轮19上的孔与离合销轴17-1脱开，即离合齿轮19向下处于脱开离合销轴17-1位置，实现动力输出关闭作用。在动力输出关闭的同时，扳动离合手柄12的位置正好与控制开关23上的触点接触，控制开关23将信号传输至PLC控制部件，从而接通机床自身丝杆电机控制电源，使机床自身控制***可以正常工作。至此，整个激光焦点位置找正工作全部完毕，可进行激光正式加工任务。

Claims (5)

1.一种激光焦点位置快速找正装置，动力驱动部件（F）通过传动部件连接激光加工头部件（G），激光加工头部件（G）的最下部是探头（1），探头（1）电连接PLC控制部件，其特征是；动力驱动部件（F）包括DC24V电动机（14），齿轮变速箱（13）和离合机构，DC24V电动机（14）电连接PLC控制部件且通过齿轮变速箱（13）连接离合机构，离合机构连接传动部件的同步带（A）一端，同步带（A）另一端连接同步齿轮（B），同步齿轮（B）固接机床丝杆（D）的下端，机床丝杆（D）上套装丝杆螺母（C），丝杆螺母（C）固接机床Z向侧板（E）的一侧，机床Z向侧板（E）的另一侧固接激光加工头部件（G）。

2.根据权利要求1所述的一种激光焦点位置快速找正装置，其特征是；所述离合机构包括离合器轴（17）、离合销轴（17-1）、内齿同步带轮（18）和离合齿轮（19）；离合器轴（17）和离合齿轮（19）均同轴位于筒状的内齿同步带轮（18）的中腔中；齿轮变速箱（13）的动力输出轴（16）下端同轴固接离合器轴（17），离合器轴（17）固定连接离合销轴（17-1）的一端，离合销轴（17-1）另一端向下活动连接离合齿轮（19）；内齿同步带轮（18）与离合齿轮（19）以内外齿相啮合，离合器轴（17）与内齿同步带轮（18）之间留有间隙，内齿同步带轮（18）外圈连接同步带（A）一端。

3.根据权利要求1所述的一种激光焦点位置快速找正装置，其特征是；所述激光加工头部件（G）包括探头伸缩杆（8）、导向套（4）和探测基座（3），探头（1）上部分通过螺纹固接探头伸缩杆（8）下端，探头伸缩杆（8）外间隙套有导向套（4），导向套（4）固接探测基座（3），探测基座（3）固接于机床Z向侧板（E）的另一侧。

4.根据权利要求2所述的一种激光焦点位置快速找正装置，其特征是；所述离合齿轮（19）中间固接离合器拉杆（22）上端，离合器拉杆（22）中段通过平面轴承（21）连接离合手柄固定板（24），离合器拉杆（22）下端固接离合手柄（12）的下端，离合手柄（12）穿过离合手柄固定板（24）上的槽并通过连接件（11）铰接于离合手柄固定板（24），离合手柄（12 ）的上端向上扳动后接触于控制开关（23）的触点且离合齿轮（19）向下处于脱开离合销轴（17-1）位置，控制开关（23）电连接PLC控制部件。

5.根据权利要求3所述的一种激光焦点位置快速找正装置，其特征是；探头伸缩杆（8）左右两侧对称设置一对拨杆（5、10）和一对连杆（6、9），拨杆（5、10）中段通过销与连杆（6、9）下端活动连接，拨杆（5、10）下端铰接探测基座（3），一对连杆（6、9）上端固接于固套在探头伸缩杆（8）上的固定环（7）。

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