本實用新型涉及激光加工技術領域，具體為涉及一種激光加工自動調焦裝置。

背景技術：

激光加工由于具有熱影響小、加工精度高、速度快等多種優(yōu)點而被廣泛應用于多個領域。激光加工前，聚焦鏡片與被加工材料之間的距離是需要調整的，也就是需要進行調焦。當焦點調節(jié)到最佳位置時，在焦點處才能獲得高的能流密度，加工材料在激光的作用下瞬間氣化，實現(xiàn)對材料的加工，產(chǎn)生最好的效果。隨著集成電路和計算機技術的發(fā)展，自動調焦技術廣泛應用于相機成像、機器視覺和光學自動化檢測等領域。而激光自動調焦裝置是一種有效調節(jié)激光焦點位置的裝置，其能夠使得激光加工時達到更好的加工效果。

傳統(tǒng)的激光頭調節(jié)焦距有手動調節(jié)旋鈕方式，也就是時采用相關的機構將旋轉運動轉化為直線運動，來實現(xiàn)激光焦點位置的調節(jié)。該種方式不但扭矩相對較小，相關的零部件配合也會比較松，容易出現(xiàn)焦距調節(jié)后中心位置發(fā)生變動的問題，降低加工質量，甚至影響加工作業(yè)的連貫性。除此之外，目前在調焦領域應用較多的調焦方式是激光器與激光頭剛性連接，當要改變焦點位置時，需要兩者一起上下移動。該種處理方式響應緩慢，操作復雜，精度低，嚴重影響加工效率，再者對異形曲面或者不同厚度材料的加工，由于加工時激光焦距需要不斷變化，常規(guī)的調焦方式不能滿足加工要求，效率低下，嚴重影響加工效果，現(xiàn)有的調焦機構的故障率也偏高，維護成本較大。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種激光加工自動調焦裝置，以提升激光加工的效率。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種激光加工自動調焦裝置，所述調焦裝置包括：

調焦基座，其具有沿自身軸向延伸的調焦滑道；

激光嘴，安裝在所述調焦基座的軸端部上；

調焦筒，其上固定地安裝有聚焦鏡，所述調焦筒沿自身軸向滑動地設于所述調焦滑道中；

驅動機構，設于所述調焦基座上用于驅動所述調焦筒沿所述調焦滑道進行滑動；

圖像采集器，用于獲取經(jīng)所述聚焦鏡和所述激光嘴投射至待加工工件表面上的光斑圖像；

控制器，所述控制器分別與所述圖像采集器、所述驅動機構信號連接，所述控制器根據(jù)所述圖像采集器采集到的光斑圖像控制所述驅動機構工作而驅使所述調焦筒沿所述調焦滑道滑動來實現(xiàn)調焦。

優(yōu)選地，所述激光嘴與所述聚焦鏡同軸心線設置。

優(yōu)選地，所述聚焦鏡安裝在聚焦鏡座上，所述聚焦鏡座可拆卸地安裝在所述調焦筒上。

優(yōu)選地，所述調焦基座上開設有沿軸向貫穿的中空腔，所述中空腔形成所述調焦滑道，所述調焦筒設置在所述調焦滑道中時所述調焦筒的外側周部與所述調焦滑道之間通過多個密封件動密封連接設置。

優(yōu)選地，所述圖像采集器為與所述調焦基座相對固定設置的CCD探測器，所述CCD探測器將獲取到的光斑圖像傳送至所述控制器，所述控制器根據(jù)所述光斑圖像中的光斑直徑大小而發(fā)出反饋信號至所述驅動機構以控制所述驅動機構的運行狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述驅動機構為直線電機，所述直線電機包括固設于所述調焦基座上的次級、沿所述次級的長度延伸方向滑動的初級，所述初級與所述調焦筒固定連接。

優(yōu)選地，所述調焦裝置還包括保護鏡，所述保護鏡設于所述激光嘴與所述調焦基座之間。

進一步地，所述激光嘴通過螺紋結構可拆卸地安裝在所述調焦基座的軸端部上，所述激光嘴上與所述調焦基座相連接的端部上設有容置槽，所述保護鏡設于所述容置槽中。

由于上述技術方案的運用，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點：本實用新型的激光加工自動調焦裝置，能夠在激光加工的過程中實現(xiàn)自動調焦，整個裝置的相應速度快，結構小巧，能夠實現(xiàn)精準調焦，在調焦完成后焦點中心位置也非常穩(wěn)定，不會輕易發(fā)生變化，保證了加工質量。該自動調焦裝置尤其適用于異形曲面或厚度不均勻材料的激光加工，能夠大幅地提升激光加工的加工效率和加工質量。

附圖說明

附圖1為本實用新型的調焦裝置的內部結構示意圖；

附圖2為本實用新型的調焦裝置的光路示意圖；

附圖3為本實用新型的調焦裝置的工作原理示意圖；

其中：100、調焦裝置；200、待加工工件；1、調焦基座；1a、調焦滑道；1b、容納腔；2、激光嘴；2a、嘴部；2b、容納槽；3、調焦筒；4、聚焦鏡座；5、聚焦鏡；6、驅動機構；61、初級；62、次級；7、保護鏡；8、連接塊；9、圖像采集器（CCD探測器）；10、密封圈。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例來對本實用新型的技術方案作進一步的闡述。

參見圖1至圖3所示的激光加工自動調焦裝置，該調焦裝置100應用于激光加工設備上對待加工工件200進行加工時，激光加工設備還包括用于發(fā)出激光光束的激光器、用于放置待加工工件200的工作臺，調焦裝置100即設于工作臺上的待加工工件與激光器之間，激光器產(chǎn)生的激光光束通過調焦裝置100聚焦于待加工工件200的表面上。

參見圖1、圖2所示，該調焦裝置100包括調焦基座1、安裝在調焦基座1軸端部上用于激光輸出的激光嘴2，滑動地設于調焦基座1上且固定地安裝有聚焦鏡5的調焦筒3，其中，調焦基座1上具有沿自身軸向延伸的調焦滑道1a，調焦筒3沿自身軸向滑動地設于調焦滑道1a中。具體地，調焦基座1上開設有沿軸向貫穿的中空腔，該中空腔便形成上述的調焦滑道1a而提供調焦筒3以滑動導向；調焦筒3設置在調焦滑道1a中時，調焦筒3的外側周部與調焦滑道1a之間通過多個密封件形成動密封連接設置，具體可在調焦筒3的外側周部上開設多個環(huán)形槽并在上述環(huán)形槽中設置O型密封圈10，以在調焦筒3與調焦滑道1a之間形成密封，從而起到阻隔灰塵的作用。

聚焦鏡5固定地安裝在聚焦鏡座4上，該聚焦鏡座4可拆卸地安裝在調焦筒3上。設置時，聚焦鏡5還與供液循環(huán)水冷卻機相連，以保證冷卻效果。

激光嘴2與聚焦鏡5應同軸心線設置，具體為，激光嘴2端部上的嘴部2a的軸心線與聚焦鏡5的軸心線共線設置，以使得經(jīng)聚焦鏡5聚焦后的激光光束穿過激光嘴2而投射至待加工工件200上。激光嘴2可通過螺紋結構可拆卸地安裝于調焦基座1的軸端部上。激光嘴2與調焦基座1之間還設有保護鏡7，以形成對聚焦鏡5的保護作用。具體地，激光嘴2上與調焦基座1相連接的端部上設有容置槽2b，保護鏡7即設于容置槽2b中，如圖1所示。

參見圖1所示，調焦裝置100還包括驅動機構6，其用于驅動調焦筒3沿調焦滑道1a進行滑動，該驅動機構6安裝在調焦基座1上。此處，驅動機構6采用的為直線電機，其具有高速直線運動特性和相應速度快、結構小巧、移動精度高、易于調節(jié)、控制等特點，能夠快速地實現(xiàn)調焦筒3的位置調整。調焦基座1上開設有容納腔1b，直線電機即設于該容納腔1b中。該直線電機包括初級61與次級62，次級62固定地設于調焦基座1上，其長度延伸方向平行于調焦基座1的軸心線，初級61可沿次級62的長度延伸方向滑動地設置，且初級61通過連接塊8與調焦筒3固定連接，這樣，初級61沿次級62滑動時便可驅使調焦筒3沿調焦滑道1a滑動。

該調焦裝置100還包括圖像采集器9和控制器（圖中未示出）。圖像采集器9與調焦基座1之間位置相對固定地設置，此處圖像采集器9采用的為CCD探測器，其用于獲取經(jīng)聚焦鏡5及激光嘴2投射至待加工工件200表面上的光斑圖像。控制器分別與圖像采集器9及驅動機構6信號連接，圖像采集器9將采集到的光斑圖像傳送至控制器，該控制器再根據(jù)該光斑圖像上光斑直徑的大小來發(fā)出相應的反饋信號至驅動機構6，從而控制驅動機構6的運行狀態(tài)，進而驅使調焦座3沿調焦滑道1a相應地進行滑動而實現(xiàn)調焦。

調焦裝置100在調焦的過程中，先通過驅動機構6驅使調焦筒3朝向或遠離激光嘴2運動，在該運動的過程中通過圖像采集器9來間隔地獲取光斑圖像，控制器先根據(jù)這些光斑圖像上光斑直徑的變化規(guī)律來判定調焦的方向，即當調焦筒3朝向某個方向運動的過程中，若光斑直徑不斷變大時，則說明激光光束偏離焦點，控制器則向驅動機構6發(fā)出反饋信號使其帶動調焦筒3朝相反的方向滑動；而若光斑直徑不斷變小時，則說明激光光束越來越趨近焦點，控制器發(fā)出反饋信號至驅動機構6使其帶動調焦筒3繼續(xù)沿該方向滑動，直至圖像采集器9采集到的光斑圖像中光斑直徑為最小時，則說明此時的光斑為所需要的最佳焦點，控制器發(fā)出反饋信號至驅動機構6而使得調焦筒3停止運動，這樣便實現(xiàn)了快速精準地自動調焦。

參見圖3所示，該調焦裝置100與激光器相配合設于待加工工件200的上方，激光加工的過程中，激光器與調焦裝置100沿豎直方向不發(fā)生位移，而僅沿水平方向發(fā)生平移。待加工工件200的表面為曲面結構，這樣當調焦裝置100與激光器沿水平方向平移而更換加工位置時，便需要進行重新調焦。

在激光加工前，預先根據(jù)加工要求設置激光器的加工參數(shù)，使得激光器產(chǎn)生的激光光束通過調焦裝置100后投射在待加工工件200的表面上。接著，圖像采集器9開始工作而采集激光光束投射至待加工工件200表面上后形成的光斑圖像并反饋至控制器，調焦裝置100啟動而實現(xiàn)自動調焦，使得整個激光加工的過程中激光光束始終投射在最佳焦點位置處，實現(xiàn)最佳的聚焦效果，從而提高了激光加工效率。

綜上，采用本實用新型的激光加工自動調焦裝置，其能夠在激光加工的過程中實現(xiàn)自動調焦，這相比傳統(tǒng)的激光器與激光頭一起移動而進行調焦的方式而言，該調焦裝置的響應速度更為靈敏、迅速，能夠實現(xiàn)更為精準的調焦。該調焦裝置結構小巧，維護成本低，在調焦完成后焦點中心位置也非常穩(wěn)定，不會輕易發(fā)生變化，保證了加工質量。該自動調焦裝置尤其適用于異形曲面或厚度不均勻材料的激光加工，能夠大幅地提升激光加工的加工效率和加工質量。

上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。