一种等光程固体激光切割机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种等光程固体激光切割机，以机座为基础，机座的顶部设有载料台，机座的前后侧面设有相互对称的控制台和激光冷却系统，载料台的顶部设有龙门架，龙门架底部的两端设置在Y轴滚珠丝杆传动机构上，Y轴滚珠丝杆传动机构设置在机座上，龙门架的顶部设有X轴滚珠丝杆传动机构，X轴滚珠丝杆传动机构上设有与龙门架相互垂直的激光器，激光器的前端设有激光切割头，激光切割头上设有聚焦光学系统。本实用新型专利技术所搭载的固体激光器采用泵浦模块串接与透镜补偿热焦距技术相结合，获得了高质量激光输出，输出激光的光束参数乘积达到了20mm·mrad，使得激光光束在进入聚焦光学系统之前不需要经过扩束等技术来减小光束的发散角即可作为切割的光源。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种激光切割装置，尤其涉及一种等光程固体激光切割机。
技术介绍
激光切割相对于其他的切割方法而言，具有切割速度快，生产效率高，热变形小，切边光滑，无后期处理工序等优点，已经成为主要的金属板材加工手段。目前激光切割机的激光光源以高功率(千瓦级以上)CO2气体激光器为主流，但其高昂的价格和居高不下的使用成本限制了其大面积的推广和使用。固体激光器由于其相对较低的制造成本，较短的易于被金属材料吸收的激光波长，开始逐渐受到市场的青睐。但如何实现固体激光器与机械系统等的有机结合，最大限度地发挥出固体激光切割机的优势，一直是固体激光切割机亟待解决的一个重要问题。中国专利(申请号200520114855. 3，名称大功率固体激光平面切割机)专利技术了一套激光切割头随动系统，解决了激光切割头随被加工金属表面不平整而自动调整距离从而自动聚焦的问题，但是并未涉及到固体激光器本身的优化及其与机械系统的组合优化。而中国专利技术专利(申请号200710171307. 8，名称大台面数控激光切割机)专利技术了一种将高性能飞行光路悬臂式激光切割机与大台面龙门机载式切割机的机械结构相叠加的复合结构，但其采用的是精度较差的齿轮齿条传动机构，并且激光光程不是恒定的，降低了加工的精度。中国专利(申请号200720198671. 9，名称龙门式数控激光切割机)所涉及的是龙门架的布局及传动机构的安装问题，虽然其减轻了电机的负载，但其将滚珠丝杆传动机构置于离机座较高的一个龙门式框架上，整个运动部件的重心偏高，不利于机械系统的稳定性。中国专利(申请号201020137598. 6，名称大幅面固体激光切割机)提出了一种以高峰值功率的长脉冲固体激光器作为光源，半飞行光路结构和简单方便的聚焦镜随动结构相结合的激光切割机，其缺点是所采用的双棒串联、长脉冲固体激光器需要对激光晶体进行严格的筛选后两两配对，以保证它们热焦距的一致性；另外其半飞行光路结构使得激光切割头在机床的不同位置时从激光器的输出耦合镜到被加工材料的光程是不相等的，从而保证不了切割的精度和一致性。如何提高固体激光切割机的光源质量，如何优化机械系统的结构，以及如何将两者有机地结合起来将固体激光切割机的优势最大限度地发挥出来，已经成为固体激光切割机领域的一个重要课题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供一种结构简单、使用方便的等光程固体激光切割机；与高功率CO2激光切割机需要在光路上额外加入元器件来实现等光程技术相比，本技术的等光程技术简便实用，占用空间较小，实现了激光器与机械系统的有机结合。本技术的等光程固体激光切割机，包括机座、载料台、龙门架、激光器、激光切割头、聚焦光学系统、Y轴滚珠丝杆传动机构、X轴滚珠丝杆传动机构、控制台和激光冷却系统，，所述机座的顶部设有载料台，载料台可以拆卸，其大小也可以根据加工材料的尺寸进行调整，机座的前后侧面设有相互对称的控制台和激光冷却系统，载料台的顶部设有龙门架，龙门架底部的两端设置在Y轴滚珠丝杆传动机构上，Y轴滚珠丝杆传动机构设置在机座上，龙门架的顶部设有X轴滚珠丝杆传动机构，X轴滚珠丝杆传动机构上设有激光器，激光器的前端设有激光切割头，激光切割头上设有聚焦光学系统。本技术的等光程固体激光切割机，所述激光器输出激光的传输方向与龙门架的走向相互垂直，使得无论激光切割头移动到机座的任何地方，从激光器的输出耦合镜到被加工材料的光程始终是恒定的，这样的设计保证了经过聚焦光学系统聚焦后作用到被切割材料上的光斑大小始终一致，从而保证了切割的精度和一致性。本技术的等光程固体激光切割机，所述激光器包括由第一泵浦灯和第一激光晶体构成的第一泵浦模块，以及第二泵浦灯和第二激光晶体构成的第二泵浦模块，第一激光晶体的左侧设有热焦距补偿透镜，热焦距补偿透镜的左侧设有全反镜，第二激光晶体的右端设有输出耦合镜。本技术的等光程固体激光切割机，所述聚焦光学系统与激光器的输出耦合镜 之间设有光束全反射镜，输出耦合镜发出的激光束经过光束全反射镜反射进入聚焦光学系统。本技术的等光程固体激光切割机，所述两个激光晶体之间的中心距离为第二激光晶体平均有效热焦距的2-4倍，第二激光晶体的中心与输出耦合镜之间的距离为第二激光晶体平均有效热焦距的1-2倍，将热焦距补偿透镜与第一激光晶体看作一个整体，这个整体的中心与全反镜之间的距离为第二激光晶体平均有效热焦距的1-2倍，激光谐振腔采用平平腔。与现有技术相比，本技术的有益效果为本技术的等光程固体激光切割机采用单灯泵浦单棒的泵浦模块串接技术与透镜补偿热焦距技术相结合，获得了最大平均功率550W的高质量激光输出，所输出激光的光束参数乘积达到了 20mm mrad，如此高的光束质量使得激光光束在进入聚焦光学系统之前不需要经过扩束等技术来减小光束的发散角即可作为切割的光源。附图说明图I是本技术所述的一种等光程固体激光切割机的结构示意图；图2是本技术所述的一种等光程固体激光切割机中激光器的工作原理框图；图3是本技术所述的一种等光程固体激光切割机中输出耦合镜之后的光束传输不意图。图中I、机座；2、载料台；3、控制台；4、激光冷却系统；5、龙门架；6、Y轴滚珠丝杆传动机构；7、X轴滚珠丝杆传动机构；8、激光器；81、第一泵浦灯；82、第二泵浦灯；83、第一激光晶体；84、第二激光晶体；85、热焦距补偿透镜；86、全反镜；87、输出耦合镜；9、激光切割头；10、聚焦光学系统；11、光束全反射镜。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。如图1-3所示，一种等光程固体激光切割机，所述机座I的顶部设有载料台2，机座I的前后侧面设有相互对称的控制台3和激光冷却系统4，载料台2的顶部设有龙门架5，龙门架5底部的两端设置在Y轴滚珠丝杆传动机构6上，Y轴滚珠丝杆传动机构6设置在机座I上，龙门架5的顶部设有X轴滚珠丝杆传动机构7，X轴滚珠丝杆传动机构7上设有激光器8,激光器8的前端设有激光切割头9,激光切割头9上设有聚焦光学系统10。本技术的等光程固体激光切割机，所述激光器包括由第一泵浦灯和第一激光晶体构成的第一泵浦模块，以及第二泵浦灯和第二激光晶体构成的第二泵浦模块，第一激光晶体的左侧设有热焦距补偿透镜，热焦距补偿透镜的左侧设有全反镜，第二激光晶体的右端设有输出耦合镜。本技术的等光程固体激光切割机,所述第一激光晶体尺寸为4>6mmX 135mm及第二激光晶体尺寸为7_X 135mm时,在最大泵浦功率为13kW的情况下,测得第二激光晶体的平均有效热焦距为195mm，将两个激光晶体之间的中心距离设为第二激光晶体平均有效热焦距的3倍，即585mm，将第二激光晶体的中心与输出耦合镜之间的距离设为第二激光晶体平均有效热焦距的I. 5倍，即292. 5mm，将热焦距补偿透镜与第一激光晶体看作一个整体，这个整体的中心与全反镜之间的距离设为第二激光晶体平均有效热焦距的I. 5倍，则热焦距补偿透镜85与全反镜86之间的距离设为74mm，热焦距补偿透镜85与第一激光晶体83中心之间的距离设为369. 5mm ;如上设置，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等光程固体激光切割机，包括机座(1)、载料台(2)、龙门架(5)、激光器(8)、激光切割头(9)、聚焦光学系统(10)、Y轴滚珠丝杆传动机构(6)、X轴滚珠丝杆传动机构(7)、控制台(3)和激光冷却系统(4)，其特征在于：所述机座(1)的顶部设有载料台(2)，载料台可以拆卸，其大小也可以根据加工材料的尺寸进行调整，机座(1)的前后侧面设有相互对称的控制台(3)和激光冷却系统(4)，载料台(2)的顶部设有龙门架(5)，龙门架(5)底部的两端设置在Y轴滚珠丝杆传动机构(6)上，Y轴滚珠丝杆传动机构(6)设置在机座(1)上，龙门架(5)的顶部设有X轴滚珠丝杆传动机构(7)，X轴滚珠丝杆传动机构(7)上设有激光器(8)，激光器(8)的前端设有激光切割头(9)，激光切割头(9)上设有聚焦光学系统(10)。

【技术特征摘要】
1.一种等光程固体激光切割机，包括机座(I)、载料台⑵、龙门架(5)、激光器⑶、激光切割头(9)、聚焦光学系统(10)、Y轴滚珠丝杆传动机构(6)、X轴滚珠丝杆传动机构(7)、控制台(3)和激光冷却系统(4)，其特征在于所述机座(I)的顶部设有载料台(2)，载料台可以拆卸，其大小也可以根据加工材料的尺寸进行调整，机座(I)的前后侧面设有相互对称的控制台(3)和激光冷却系统(4)，载料台(2)的顶部设有龙门架(5)，龙门架(5)底部的两端设置在Y轴滚珠丝杆传动机构(6)上，Y轴滚珠丝杆传动机构(6)设置在机座(I)上，龙门架(5)的顶部设有X轴滚珠丝杆传动机构(7)，X轴滚珠丝杆传动机构(7)上设有激光器(8)，激光器(8)的前端设有激光切割头(9)，激光切割头(9)上设有聚焦光学系统(10)。2.根据权利要求I所述的等光程固体激光切割机，其特征在于激光的传输方向与龙门架的走向相互垂直。3.根据权利要求I所述的等光程固体激光切割机，其特征在于所述激光器(8)包括由第一泵浦灯(...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓娟，徐志华，
申请(专利权)人：周晓娟，徐志华，
类型：实用新型
国别省市：