一種激光加工焦距及入射角的測量標(biāo)定裝置的制作方法

本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種激光加工焦距及入射角的測量定位裝置。

背景技術(shù)：

激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術(shù)。激光加工作為先進制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等國民經(jīng)濟重要部門，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。

激光加工頭是激光加工方法(焊接、切割、熔覆等)中各類加工頭的總稱，激光加工頭的基本原理是：激光器發(fā)出的激光束經(jīng)導(dǎo)光光路傳輸，在激光加工頭內(nèi)經(jīng)聚焦鏡聚焦后，作用于被加工工件的表面實現(xiàn)加工。由于聚焦激光束在其聚焦束腰處的能量密度是最集中的，因此在激光加工之前往往需要調(diào)整激光加工頭與待加工工件之間的距離，使得加工激光束的聚焦物鏡基面與被加工工件表面的距離恰好等于聚焦物鏡的焦距(該焦距一般稱為激光加工焦距)，即加工激光束的焦點就位于被加工工件表面，可以顯著提高加工效率。同時，一般還需要保證聚焦激光束垂直入射到被加工工件表面，即加工激光束的光軸與工件表面焦斑輻照位置的法線平行，以避免由于加工激光束斜入射引起焦斑變形和能量密度降低。然而，當(dāng)前的激光加工應(yīng)用技術(shù)，激光加工焦距、加工激光束入射角的測量定位主要是基于高度尺和角度尺原理來進行測量，測量誤差大，操作復(fù)雜，耗時長。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種測量誤差小、操作簡便的激光加工焦距及入射角的測量標(biāo)定裝置。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種激光加工焦距及入射角的測量標(biāo)定裝置，包括伸縮式測量尺、連接桿件和上測量尺；所述伸縮式測量尺包括固定部和活動尺部，活動尺部裝配在固定部上，并可沿固定部滑動；所述活動尺部的伸出端設(shè)置有一貫穿活動尺部的激光束入射垂直度校準(zhǔn)孔，所述激光束入射垂直度校準(zhǔn)孔的上孔面和下孔面外部均安裝有一同心圓環(huán)靶，要求兩個同心圓環(huán)靶的中心法線與激光束入射垂直度校準(zhǔn)孔的中心軸線三者重合，且均與活動尺部的測量平面垂直；所述上測量尺上設(shè)置有一對準(zhǔn)件，用于對準(zhǔn)激光加工頭上設(shè)置的參考標(biāo)線，所述對準(zhǔn)件的對準(zhǔn)線方向與上測量尺的測量方向一致，所述激光加工頭上設(shè)置的參考標(biāo)線要求與激光加工頭內(nèi)傳輸?shù)募す馐廨S垂直；所述連接桿件與伸縮式測量尺的固定部和上測量尺均鉸接，用于連接伸縮式測量尺和上測量尺，以使得伸縮式測量尺和上測量尺的測量方向相互平行且兩者的距離可調(diào)可測量。

優(yōu)選的，所述連接桿件為一連桿，連桿一端與伸縮式測量尺的固定部鉸接，另一端與上測量尺鉸接；在連桿與伸縮式測量尺和上測量尺的鉸接處均安裝有鎖緊螺栓。

優(yōu)選的，所述活動尺部和上測量尺上均設(shè)置有用于標(biāo)定水平的氣泡水平儀，在連桿與伸縮式測量尺和上測量尺的鉸接處至少安裝有一個測角儀。

優(yōu)選的，在連桿與伸縮式測量尺和上測量尺的鉸接處均安裝有一個測角儀。

優(yōu)選的，所述連接桿件采用兩個平行的連桿實現(xiàn)，連接桿件與伸縮式測量尺和上測量尺形成平行四連桿機構(gòu)；在連接桿件與伸縮式測量尺和上測量尺的鉸接處至少安裝有一個測角儀。

優(yōu)選的，所述對準(zhǔn)件可以為激光指示筆，也可以是可伸縮的對準(zhǔn)針尖。

優(yōu)選的，所述伸縮式測量尺的活動尺部的底部安裝有一磁性吸塊，所述磁性吸塊可吸附在帶有磁性的金屬被測工件表面。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明所述的激光加工焦距及入射角的測量標(biāo)定裝置，基于幾何學(xué)原理，有機集成多種測量、標(biāo)定方式，實現(xiàn)了激光加工焦距及入射角的精準(zhǔn)測量定位，二者緊密結(jié)合為一體。整體結(jié)構(gòu)考慮了工件與激光加工頭的尺寸差異、非沿重力方向加工等特殊情況，激光加工焦距的測量與調(diào)節(jié)、標(biāo)定十分方便、易于操作，加工光束垂直入射角的標(biāo)定采用了雙平行圓環(huán)靶，直觀、簡便。

2、本發(fā)明采用的可伸縮式測量尺、參考標(biāo)線(ref線)、對準(zhǔn)件的復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有標(biāo)定簡便，進一步減小測量誤差的特點，解決了傳統(tǒng)測量方法由于缺少標(biāo)定參考物和精確對準(zhǔn)方式而難以提高測量精度的難題。

3、本發(fā)明上下兩個測量尺采用了自帶水平氣泡，使得在沿重力豎直加工方向的情況下，水平方向測量的快速標(biāo)定；還帶有磁性吸塊等結(jié)構(gòu)，便于測量標(biāo)定的人工操作。

4、本發(fā)明采用的雙平行圓環(huán)靶，可實現(xiàn)加工光束相對平面工件表面入射角的精確測量與標(biāo)定，保證了焦斑形狀與尺寸，可以有效提高激光加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和工藝重復(fù)性。

5、本發(fā)明采用的測角儀或平行四連桿機構(gòu)原理，擴展了該裝置的適用性，保證了測量誤差在精確可控范圍內(nèi)，同時提高了測量的簡便操作性。

6、本發(fā)明制造簡單、結(jié)構(gòu)可靠、耐用性好，調(diào)節(jié)、維修方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述種激光加工焦距及入射角的測量標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明另一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為l與h關(guān)系示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種激光加工焦距及入射角的測量標(biāo)定裝置，包括伸縮式測量尺2、連接桿件6和上測量尺10。伸縮式測量尺2通過連接桿件6與上測量尺10連接。

所述伸縮式測量尺2包括固定部5和活動尺部4，活動尺部4裝配在固定部5上，并可沿固定部5滑動；所述活動尺部4的伸出端設(shè)置有一貫穿活動尺部4的激光束入射垂直度校準(zhǔn)孔1，所述激光束入射垂直度校準(zhǔn)孔1的上孔面和下孔面外部均安裝有一同心圓環(huán)靶3，要求兩個同心圓環(huán)靶3的中心法線與激光束入射垂直度校準(zhǔn)孔1的中心軸線三者重合，且均與活動尺部4的測量平面垂直。當(dāng)聚焦激光束從激光束入射垂直度校準(zhǔn)孔1入射后，若聚焦激光束同時經(jīng)過兩個同心圓環(huán)靶3的靶心，則可保證聚焦激光束與活動尺部4的測量平面垂直，從而可以保證聚焦激光束垂直入射到被加工工件16表面，即入射聚焦激光束光軸與工件表面的焦斑輻照位置的法線平行，以避免由于加工激光束斜入射引起焦斑變形和能量密度降低。

所述連接桿件6用于連接伸縮式測量尺2和上測量尺10，以使得伸縮式測量尺2和上測量尺10的測量平面相互平行且距離可調(diào)。

所述連接桿件6的一種實現(xiàn)方式為：所述連接桿件6為一連桿，連桿一端與伸縮式測量尺2的固定部5鉸接，另一端與上測量尺10鉸接。在連桿與伸縮式測量尺2和上測量尺10的鉸接處均安裝有鎖緊螺栓。在連桿與伸縮式測量尺2或者上測量尺10的鉸接處安裝有測角儀7，用于測量伸縮式測量尺2或者上測量尺10與連桿之間的夾角。

若加工方向為沿重力豎直方向時，則可通過在活動尺部4和上測量尺10上設(shè)置用于標(biāo)定水平的氣泡水平儀12來檢查并調(diào)節(jié)連接伸縮式測量尺2和上測量尺10與連接桿件6的夾角，保證伸縮式測量尺2和上測量尺10相互平行。

若加工方向為非豎直方向時，則需要在連桿與伸縮式測量尺2和上測量尺10的鉸接處均安裝測角儀7，以測量上測量尺10與連桿之間的夾角α，以及測量伸縮式測量尺2與連桿之間的夾角β。實際使用時，需保證伸縮式測量尺2和上測量尺10相互平行，即使得α＝β。

如圖2所示，所述連接桿件6還可以采用兩個平行的連桿實現(xiàn)，此時連接桿件6與伸縮式測量尺2和上測量尺10形成平行四連桿機構(gòu)，可以自動保證α＝β，只需要一個測角儀7測量夾角值用于后續(xù)計算，無需安裝兩個測角儀7。

所述上測量尺10的一端鉸接在連接桿件6上，另一端設(shè)置有一對準(zhǔn)件15，用于對準(zhǔn)激光加工頭11上設(shè)置的參考標(biāo)線14(ref線)，所述對準(zhǔn)件15的對準(zhǔn)線方向與上測量尺10的測量方向一致，所述激光加工頭11上設(shè)置的參考標(biāo)線14要求與激光加工頭內(nèi)傳輸?shù)募す馐廨S垂直；所述對準(zhǔn)件15可以為激光指示筆，也可以是可伸縮的對準(zhǔn)針尖。

如圖3所示，設(shè)伸縮式測量尺2與連桿的鉸接點為第一鉸接點8，上測量尺10與連桿的鉸接點為第二鉸接點9，第一鉸接點8與第二鉸接點9之間的距離為定值l，第一鉸接點8與伸縮式活動尺部4下表面之間的距離為k1，第二鉸接點9與對準(zhǔn)件15的對準(zhǔn)線之間的距離為k2，激光加工頭的參考標(biāo)線與被加工工件16的上表面之間的間距為h；那么當(dāng)伸縮式測量尺2和上測量尺10平行時(上測量尺10與連桿之間的夾角α)，l與h存在如下關(guān)系：h＝l*sinα+k1+k2。上式中l(wèi)、k1、k2均為定值，α可調(diào)，因此在實際測量應(yīng)用時可由h計算得出α，也可由α計算得出h。

優(yōu)選的，所述伸縮式測量尺2的活動尺部4的底部安裝有一磁性吸塊13，所述磁性吸塊13可以吸附在帶有磁性的金屬被測工件表面以保證測量時的穩(wěn)定。

上述激光加工焦距及入射角的測量標(biāo)定裝置的使用方法為：

(1)將伸縮式測量尺2放置在被加工工件16表面，使得活動尺部4的下表面與被加工工件16的上表面接觸；

(2)調(diào)節(jié)激光加工頭11的位置，使得其與伸縮式測量尺2的激光垂直度校準(zhǔn)孔1和兩個同心圓環(huán)靶3同軸心；發(fā)射指示激光束，使其通過激光垂直度校準(zhǔn)孔1和兩個同心圓環(huán)靶3，繼續(xù)調(diào)節(jié)激光加工頭位置，使得指示激光束同時經(jīng)過兩個同心圓環(huán)靶3的靶心，此時指示激光束與被加工工件16表面垂直。

(3)調(diào)節(jié)上測量尺10和連桿的位置，并同時開啟對準(zhǔn)件15，在保證上測量尺10與伸縮式測量尺2平行的前提下，當(dāng)對準(zhǔn)件15對準(zhǔn)激光加工頭11的參考標(biāo)線14時，調(diào)節(jié)結(jié)束；鎖緊上測量尺10與伸縮式測量尺2的相對位置。

(4)讀取測角儀7的角度值α，通過公式h＝l*sinα+k1+k2計算h，若h等于激光加工頭的激光加工焦距，則結(jié)束；否則，上移或下移激光加工頭11，重復(fù)步驟(3)，直至h等于激光加工頭11的激光加工焦距。

另一種使用方法是：

(1)先把本發(fā)明所述的激光加工焦距及入射角的測量標(biāo)定裝置調(diào)節(jié)好，所述調(diào)節(jié)好是指調(diào)節(jié)上測量尺10與伸縮式測量尺2，使得兩者平行；并且調(diào)節(jié)α，使得h為加工工藝參數(shù)要求的ref線與工件表面的理論距離；調(diào)節(jié)好后，鎖緊上測量尺10與伸縮式測量尺2的相對位置。

(2)然后將所述測量標(biāo)定裝置放于工件表面，再調(diào)節(jié)激光加工頭與工件之間的相對距離(加工頭運動或工件動均可，但要保持入射激光束的垂直入射角，即使得指示激光束同時經(jīng)過兩個同心圓環(huán)靶3的靶心)，使得對準(zhǔn)件15的對準(zhǔn)針尖或激光指示筆發(fā)出的指示激光與ref線對齊。

本發(fā)明可改變?yōu)槎喾N方式對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，這樣的改變不認(rèn)為脫離本發(fā)明的范圍。所有這樣的對所述領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的修改，將包括在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。