CN104842065B - 一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，包括依次连接的快接支座、高度调节组件和传感器套筒，传感器套筒中依次套装有对焦针、离焦量指示针、线性弹簧、上垫块和连接有信号输出接口的压力传感器；压力传感器与传感器套筒连接后压住上垫块，传感器套筒的外表面绘制有离焦量刻度、外侧壁开设有供离焦量指示针滑移的槽口；离焦量指示针的初始位置指向离焦量刻度的起始刻度，信号输出接口与外设的数据采集***相连，当对焦针受压带动离焦量指示针移动可通过人工读取完成人工对焦、而带动线性弹簧压缩通过压力传感器的压力传递实现自动对焦。可实现激光加工头的精确对焦，及在一定范围内任意调节离焦量，具有手动和自动双重对焦功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种对焦装置，特别是涉及一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，属于激光加工辅助设备技术领域。
背景技术
目前，激光加工设备在半导体和微电子产业、汽车工业、船舶工业、航天工业等领域应用广泛。由于激光是通过聚焦之后进行切割、焊接、打孔等加工，因此激光束焦点与被加工工件表面的相对位置也显得异常重要。
常规的激光对焦方法主要有：烧斑法、红外摄像法、小孔扫描法等。其中烧斑法最为常用，只需取一张湿纸贴在工件表面即可，简单易行；但是此法只能向人们提供大致的焦点轮廓，且由于材料的横向热传导效应，使烧取的焦点图样失真，有时模糊不清，对焦不准确；以及在确定加工初始位置时，采用精确度不高的目测法，不能满足精加工的要求。上述这种操作者根据已知加工头焦距大小或引导光斑的大小，来粗略确定离焦量的对焦方式误差大、效率低，无法满足实际生产的要求。
另外，通过测量成像装置上的引导光斑大小来进行对焦，效率及准确度虽然有所提高，但附加的成像装置成本大幅提高，加上光在材料表面存在反射，光斑尺寸受材料表面状态和外界干扰的影响均较大，成像装置所获得的光斑图像尺寸识别算法复杂，软件开发成本高，以至于很难得到广泛应用。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，特别适用于激光焊接、激光切割和激光熔覆等激光加工设备。
本发明所要解决的技术问题是提供结构紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强的基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，不仅可实现激光加工头的精确对焦，而且可在一定范围内任意调节离焦量，适用范围广，同时具有手动和自动双重对焦功能，极具有产业上的利用价值。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，包括依次连接的快接支座、高度调节组件和传感器套筒，所述传感器套筒中依次套装有对焦针、离焦量指示针、线性弹簧、上垫块和连接有信号输出接口的压力传感器。
其中，所述压力传感器与传感器套筒连接后压住上垫块，所述传感器套筒的外表面绘制有离焦量刻度、外侧壁开设有供离焦量指示针滑移的槽口。
而且，所述离焦量指示针的初始位置指向离焦量刻度的起始刻度，当对焦针受压带动离焦量指示针移动后通过人工读取离焦量刻度获得离焦量完成人工对焦；所述信号输出接口与外设的数据采集***相连，当对焦针受压带动线性弹簧压缩通过上垫块将压力传递给压力传感器后通过数据采集***进行压力信号处理获得离焦量实现自动对焦。
本发明进一步设置为：还包括过渡盘，其顶面与快接支座的底面相连、底面与高度调节组件相连。
本发明进一步设置为：所述过渡盘的顶面设有外螺纹凸起，所述快接支座的底面设有与外螺纹凸起相匹配连接的内螺纹凹槽。
本发明进一步设置为：所述高度调节组件包括外螺纹柱和内螺纹套筒，所述外螺纹柱通过螺纹相连于内螺纹套筒中，所述内螺纹套筒的底面与传感器套筒的顶面相连。
本发明进一步设置为：所述内螺纹套筒的底面与传感器套筒的顶面通过螺纹连接。
本发明进一步设置为：所述内螺纹套筒的底面设有内螺纹凹坑，所述传感器套筒的顶面设有与内螺纹凹坑相匹配连接的外螺纹缺口。
本发明进一步设置为：所述外螺纹柱为中空设置；所述外螺纹柱和内螺纹套筒均采用铝合金材料。
本发明进一步设置为：所述传感器套筒的内筒壁设有用于与压力传感器螺纹连接固定的内螺纹段，所述压力传感器通过底部外螺纹与内螺纹段螺纹相连后压住上垫块。
本发明进一步设置为：所述快接支座、过渡盘、上垫块和传感器套筒均采用铝合金材料，所述对焦针为不锈钢材料。
本发明进一步设置为：所述对焦针的针头端为圆头或尖头。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：不仅可实现激光加工头的精确对焦，而且可在一定范围内任意调节离焦量，具有结构紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强、适用范围广的诸多优点。
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，包括依次连接的快接支座1、过渡盘2、高度调节组件和传感器套筒10，所述高度调节组件包括外螺纹柱3和内螺纹套筒4，所述外螺纹柱3通过螺纹相连于内螺纹套筒4中，所述内螺纹套筒4的底面与传感器套筒10的顶面相连；所述传感器套筒10中依次套装有对焦针11、离焦量指示针9、线性弹簧8、上垫块7和连接有信号输出接口5的压力传感器6，所述压力传感器6与传感器套筒10连接后压住上垫块7，所述传感器套筒10的外表面绘制有离焦量刻度12、外侧壁开设有供离焦量指示针9滑移的槽口（图中未示出）。
所述离焦量指示针9的初始位置指向离焦量刻度12的起始刻度kx，当对焦针11受压带动离焦量指示针9移动后通过人工读取离焦量刻度12获得离焦量完成人工对焦；所述信号输出接口5与外设的数据采集***（图中未示出）相连，当对焦针11受压带动线性弹簧8压缩通过上垫块7将压力传递给压力传感器6后通过数据采集***进行压力信号处理获得离焦量实现自动对焦。
为了减轻整个辅助对焦装置的重量，所述快接支座1、过渡盘2、外螺纹柱3、内螺纹套筒4、上垫块7和传感器套筒10均采用铝合金材料，所述对焦针11为不锈钢材料，以及所述外螺纹柱3采用中空设置。
所述快接支座1用于与激光加工头（如焊接头、切割头、熔覆头等）进行连接，可根据不同厂家激光加工头的结构差异，进行快接支座1的匹配式设定，可以采用插销式配合结构，从而保证转配便捷稳固。
所述过渡盘2的顶面设有外螺纹凸起21，所述快接支座1的底面设有与外螺纹凸起21相匹配连接的内螺纹凹槽22，所述过渡盘2的底面与外螺纹柱3螺纹相连；所述快接支座1和过渡盘2通过螺纹连接，实现快速连接的同时，可针对不同的激光加工头更换不同结构的快接支座1，而不用更换快接支座1底面以下的对焦装置主体。
所述外螺纹柱3通过螺纹相连于内螺纹套筒4中，通过外螺纹柱3和内螺纹套筒4装配的深浅，可以调节整个对焦装置的高度，保证与所使用的激光加工头焦距尺寸相匹配；中空外螺纹柱3和内螺纹套筒4的螺纹长度直接决定了辅助对焦装置可装配的激光加工头的焦距尺寸，可根据实际使用的激光加工头焦距尺寸改变中空外螺纹柱3和内螺纹套筒4的长度。
所述内螺纹套筒4的底面设有内螺纹凹坑41，所述传感器套筒10的顶面设有与内螺纹凹坑41相匹配进行螺纹连接的外螺纹缺口42；所述传感器套筒10的内筒壁设有用于与压力传感器6螺纹连接固定的内螺纹段61，所述压力传感器6通过底部外螺纹与内螺纹段61螺纹相连后压住上垫块7。在内螺纹套筒4与下方的传感器套筒10装备之前，应首先将对焦针11放入传感器套筒10内，再将线性弹簧8和离焦量指示针9装入传感器套筒10内，再将上垫块7放在线性弹簧8之上；然后将压力传感器6通过传感器套筒10的内螺纹连接，调整螺纹的旋入深度，顶住上垫块7，将压力传感器6的信号输出接口5由传感器套筒10侧壁槽口引出；最后将传感器套筒10与内螺纹套筒4组装在一起，至此整个辅助对焦装置装配完毕。
实施过程：采用螺纹长度都为120 mm的中空外螺纹柱3和内螺纹套筒4，型号为XPCM10的压力传感器6，螺纹安装尺寸为M10，线性弹簧8直径为7 mm、长80 mm、可线性压缩长度>40 mm，对焦针11的前端针头端采用直径为4mm的圆头（如图所示），适合于激光加工头焦距为200~350 mm的激光加工***针对平整的被加工材料进行对焦。
其中，离焦量的调整范围由线性弹簧8的可线性压缩长度决定，焦距调节范围为-20mm~20mm要求可线性压缩长度>40mm；若焦距调节范围要求为-30mm~30mm，则要求选用的线性弹簧8可线性压缩长度>60 mm，以此类推。
但是，对于不平整的待加工材料对焦表面，对焦针11可采用半径较小的尖头，如在焊接接头坡口中对焦，可采用针头端直径为1mm的对焦针，保证对焦针11针头端的可靠到达。
装配完毕后，通过调整外螺纹柱3和内螺纹套筒4装配的深度，使得激光加工头的焦距零点基线到对焦针11针尖的距离比已知焦距长20mm的尺寸，完成辅助对焦装置调校工作。
对焦过程为：使激光加工头下移，让对焦针11针头端恰好触碰待加工材料表面，此时处于正离焦状态，离焦量为20mm，可从离焦量指示针9在传感器套筒10上指示的离焦量刻度12读出离焦量kx即为20 mm；激光加工头继续下移，对焦针11受压，进而使线性弹簧8受压，带动离焦量指示针9在传感器套筒10侧壁槽口内上移，指示离焦量变小，这样就可以读出任意时刻的离焦量，离焦量指示范围从20mm到-20mm区间进行变化。如要实现自动对焦，可将压力传感器 6引出的信号输出接口5与数据采集***相连，采集压力传感器6输出的电信号，在进行离焦量与采集到的电信号的线性标定，通过微机编程设定离焦量的大小并控制执行机构（如机器人）运动获得所需的离焦量，从而实现自动对焦。
本发明的创新点在于，可实现激光加工头的精确对焦，以及可在一定范围内任意调节离焦量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，其特征在于：包括依次连接的快接支座、高度调节组件和传感器套筒，所述传感器套筒中依次套装有对焦针、离焦量指示针、线性弹簧、上垫块和连接有信号输出接口的压力传感器；
所述压力传感器与传感器套筒连接后压住上垫块，所述传感器套筒的外表面绘制有离焦量刻度、外侧壁开设有供离焦量指示针滑移的槽口；
所述离焦量指示针的初始位置指向离焦量刻度的起始刻度，当对焦针受压带动离焦量指示针移动后通过人工读取离焦量刻度获得离焦量完成人工对焦；
所述信号输出接口与外设的数据采集***相连，当对焦针受压带动线性弹簧压缩通过上垫块将压力传递给压力传感器后通过数据采集***进行压力信号处理获得离焦量实现自动对焦。
2.根据权利要求1所述的一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，其特征在于：还包括过渡盘，其顶面与快接支座的底面相连、底面与高度调节组件相连。
3.根据权利要求2所述的一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，其特征在于：所述过渡盘的顶面设有外螺纹凸起，所述快接支座的底面设有与外螺纹凸起相匹配连接的内螺纹凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，其特征在于：所述高度调节组件包括外螺纹柱和内螺纹套筒，所述外螺纹柱通过螺纹相连于内螺纹套筒中，所述内螺纹套筒的底面与传感器套筒的顶面相连。
5.根据权利要求4所述的一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，其特征在于：所述内螺纹套筒的底面与传感器套筒的顶面通过螺纹连接。
6.根据权利要求4所述的一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，其特征在于：所述内螺纹套筒的底面设有内螺纹凹坑，所述传感器套筒的顶面设有与内螺纹凹坑相匹配连接的外螺纹缺口。
7.根据权利要求4所述的一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，其特征在于：所述外螺纹柱为中空设置；所述外螺纹柱和内螺纹套筒均采用铝合金材料。
8.根据权利要求1所述的一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，其特征在于：所述传感器套筒的内筒壁设有用于与压力传感器螺纹连接固定的内螺纹段，所述压力传感器通过底部外螺纹与内螺纹段螺纹相连后压住上垫块。
9.根据权利要求2所述的一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，其特征在于：所述快接支座、过渡盘、上垫块和传感器套筒均采用铝合金材料，所述对焦针为不锈钢材料。
10.根据权利要求1所述的一种基于压力传感的激光加工头辅助对焦装置，其特征在于：所述对焦针的针头端为圆头或尖头。
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