本发明专利技术涉及激光加工技术领域，公开了一种精密激光切割头随动装置及其控制方法。随动装置包括激光切割头及控制所述激光切割头上下移动的Z轴调节机构，设置于激光切割头一侧的发射器，用于发出一探测激光束至待切割零件的表面，设置于激光切割头另一侧的接收器，用于接收探测激光束在待切割零件的表面反射所产生的反射激光束，与发射器、接收器和Z轴调节机构连接的中央控制器，用于根据接收器所接收的反射激光束的能量和焦点位置控制Z轴调节机构带动激光切割头上下移动。本发明专利技术通过中央控制器来根据接收器所接收的反射激光束的能量和焦点位置控制Z轴调节机构带动激光切割头上下移动，以进入激光束的理想聚焦平面，该方法适用于任何材料的切割。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光加工
，更具体的说，特别涉及一种精密激光切割头随动装置及其控制方法。
技术介绍
激光由于其高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的优点，已经广泛应用于科研、国防、工业等国民生产的重要方面。在工业领域，激光加工作为先进制造技术，具有高效、高精度、高质量、范围广、节能环保并能实现柔性加工和超微细加工的优点，在汽车、电子电路、电器、航空航天、钢铁冶金、机械制造等领域得到了广泛的应用，且在某些行业(例如汽车、电子行业等)已经达到较高的水平。对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。激光切割是激光加工中比较常见，应用也比较广泛的一种方式。随着激光切割在各个领域的广泛使用，各种材料的切割使用到了激光切割方式。随着工业的发展，尤其是电子产品的小型化，对于加工材料的精密切割日渐成为激光切割的主要发展方向。激光精密切割属于材料的微细加工范畴，需要达到高精度、准确、迅速、自动化的加工方式，在激光精密切割中，激光切割头的喷嘴与待切割材料表面的距离决定激光精密切割断面质量及切割速度。而在切割过程中，需要维持喷嘴到工件表面的高度一致。对于待切割材料厚薄不均匀、表面起伏不平的材料，普通的激光切割机不能够准确的对焦，也难以维持喷嘴到待切割材料表面的距离，造成切割质量下降。为了维持在切割过程中，喷嘴与材料表面的高度一致，有人在激光切割头上使用电容调高器进行调节及控制，即在激光切割头上安装电容调高器，电容调高器和待切割的金属材料之间形成电容，且电容的大小与激光切割头和待切割材料表面距离有关，因此使用电容调高器检测形成的电容的大小，来调节Z轴的高低，从而带动激光切割头的高低变化，维持激光切割头上的喷嘴和待切割材料之间的高度差恒定。但是使用电容调高器仅仅能够在切割非金属时起作用，电容调高器在切割非金属时，因为形成的电容非常小，难以检测及控制，所以电容调高器无法用于非金属材料。现有技术中一般激光切割头原理如图1所示，激光束2首先由激光扩束系统1进行扩束，扩大激光束2的直径，同时压缩激光束2的发散角，已得到近似平行的激光束。然后激光束2经过聚焦镜3进行聚焦，透过保护镜4和电容调高器5的孔，并穿过喷嘴6的孔，聚焦后的激光束2聚焦到待切割材料7上，进行激光切割。为了防止切割过程中产生的灰尘等通过喷嘴6上升到聚焦镜3，污染及损坏聚焦镜，所以采用保护镜4保护聚焦镜。在切割过程中，需要高压辅助气体，将待切割材料7的部分吹除，高压辅助气体通过辅助气体入口9进入激光切割头，然后通过喷嘴6吹出，与激光束同轴。8为激光束理想聚焦平面，在该平面附近，激光束被聚焦到最小尺寸，因此能量密度最高，切割能力最强，激光切割一般采用激光束聚焦焦点进行切割。在精密激光切割中，为了保证激光切割速度及质量，需要始终维持待切割材料7位于激光束理想聚焦平面8上。但是由于待切割材料厚度不均匀、表面不平整等等，而且待切割材料7在切割过程中保持不动，因此难以保证在所有切割位置，待切割材料都使用位于激光束理想聚焦平面8上。为了保证切割速度及切割质量的均匀，在所有切割路径中获得相同的切割质量，需要采用激光切割头随动装置，以便在切割过程中，实时调节Z轴的高低，带动切割头上下移动，从而维持切割头上激光束理想聚焦平面8始终位于待切割材料7之上。有人采用在激光切割头喷嘴6之上安装电容调节器5，来实现实时控制Z轴高低，带动切割头上下移动。电容调高器5需要测量激光切割头喷嘴6与待切割材料7之间形成的电容，维持喷嘴6与待切割材料7表面的距离，从而间接控制切割头与待切割材料7的相对位置，从而使得待切割材料7位于激光束焦点。但采用电容调高器的方式仅仅在切割金属材料时可行，因为只有当待切割材料7为金属材料时，待切割材料7与喷嘴之间才会形成电容，才可使用电容调高器测量其电容，当待切割材料为非金属时，其与喷嘴之间可能不存在电容，或者电容非常小，难以检测，所以就无法使用该方法。因此迫切需要一种能够对所有材料的激光切割都有效的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的技术问题，提供一种可适用于任何材料的零件切割的精密激光切割头随动装置及其控制方法。为了解决以上提出的问题，本专利技术采用的技术方案为：一种精密激光切割头随动装置，包括激光切割头及控制所述激光切割头上下移动的Z轴调节机构，还包括设置于激光切割头一侧的发射器，用于发出一探测激光束至待切割零件的表面，设置于激光切割头另一侧的接收器，用于接收探测激光束在待切割零件的表面反射所产生的反射激光束，以及与发射器、接收器和Z轴调节机构连接的中央控制器，用于根据接收器所接收的反射激光束的能量和焦点位置控制Z轴调节机构带动激光切割头上下移动。根据本专利技术的一优选实施例：所述发射器包括设置于激光切割头一侧的发射器外壳，安装于发射器外壳内的发射器控制板、发射激光器和探测激光束扩束系统，及设置于发射器外壳上的发射器窗口，所述发射器控制板通过一发射器供电及控制线与发射激光器连接，所述发射激光器、探测激光束扩束系统和发射器窗口依次对应设置，且所述发射器控制板还与中央控制器连接。根据本专利技术的一优选实施例：所述接收器包括设置于激光切割头另一侧的接收器外壳，安装于接收器外壳内的接收器控制板、面阵CCD、小孔光阑、接收器滤光片和反射激光束聚焦系统，及设置于接收器外壳上的接收器窗口，所述接收器控制板通过一接收器供电及控制线与面阵CCD连接，所述面阵CCD、小孔光阑、接收器滤光片、反射激光束聚焦系统和接收器窗口依次对应设置，且所述接收器控制板还与中央控制器连接。根据本专利技术的一优选实施例：所述激光切割头包括切割头本体，由上之下设置于切割头本体内的激光扩束系统、聚焦镜、保护镜和喷嘴，在所述切割头本体上还设有一用于为喷嘴提供高压气体的辅助气体入口。根据本专利技术的一优选实施例：所述喷嘴与切割头本体之间还设有一机械转接板。根据本专利技术的一优选实施例：所述发射激光器为半导体激光器，其波长为400nm～1200nm。本专利技术还提供一种上述的精密激光切割头随动装置的控制方法，该方法包括以下步骤，步骤S1.通过中央控制器确定并记录激光切割头的Z轴零点位置；步骤S2.通过Z轴调节机构控制激光切割头由零点位置向上移动，并且中央控制器实时记录激光切割头的Z轴坐标、反射激光束的能量和焦点位置；步骤S3.中央控本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种精密激光切割头随动装置，包括激光切割头及控制所述激光切割头上下移动的Z轴调节机构，其特征在于：还包括设置于激光切割头一侧的发射器，用于发出一探测激光束(16)至待切割零件(7)的表面，设置于激光切割头另一侧的接收器，用于接收探测激光束在待切割零件(7)的表面反射所产生的反射激光束(25)，以及与发射器、接收器和Z轴调节机构连接的中央控制器，用于根据接收器所接收的反射激光束(25)的能量和焦点位置控制Z轴调节机构带动激光切割头上下移动。
【技术特征摘要】
1.一种精密激光切割头随动装置，包括激光切割头及控制所述激光切
割头上下移动的Z轴调节机构，其特征在于：还包括设置于激光切割头一侧
的发射器，用于发出一探测激光束(16)至待切割零件(7)的表面，设置
于激光切割头另一侧的接收器，用于接收探测激光束在待切割零件(7)的
表面反射所产生的反射激光束(25)，以及与发射器、接收器和Z轴调节机
构连接的中央控制器，用于根据接收器所接收的反射激光束(25)的能量和
焦点位置控制Z轴调节机构带动激光切割头上下移动。
2.根据权利要求1所述的精密激光切割头随动装置，其特征在于：所
述发射器包括设置于激光切割头一侧的发射器外壳(11)，安装于发射器外
壳(11)内的发射器控制板(12)、发射激光器(13)和探测激光束扩束系
统(14)，及设置于发射器外壳(11)上的发射器窗口(15)，所述发射器控
制板(12)通过一发射器供电及控制线(10)与发射激光器(13)连接，所
述发射激光器(13)、探测激光束扩束系统(14)和发射器窗口(15)依次
对应设置，且所述发射器控制板(12)还与中央控制器连接。
3.根据权利要求1所述的精密激光切割头随动装置，其特征在于：所
述接收器包括设置于激光切割头另一侧的接收器外壳(17)，安装于接收器
外壳(17)内的接收器控制板(18)、面阵CCD(20)、小孔光阑(21)、接收
器滤光片(22)和反射激光束聚焦系统(23)，及设置于接收器外壳(17)
上的接收器窗口(24)，所述接收器控制板(18)通过一接收器供电及控制
线(19)与面阵CCD(20)连接，所述面阵CCD(20)、小孔光阑(21)、接
收器滤光片(22)、反射激光束聚焦系统(23)和接收器窗口(24)依次对
应设置，且所述接收器控制板(18)还与中央控制器连接。
4.根据权利要求1所述的精密激光切割头随动装置，其特征在于：所
述激光切割头包括切割头本体，由上至下设置于切割头本体内的激光扩束系
统(1)、聚焦镜(3)、保护镜(4)和喷嘴(6)，在所述切割头本体上还设
有一用于为喷嘴(6)提供高压气体的辅助气体入口(9)。
【专利技术属性】
技术研发人员：赵建涛，肖磊，杨锦彬，宁艳华，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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