[发明专利]一种激光扫描加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种具备辅助气体空间流动控制功能的激光扫描加工装置。

背景技术

激光切割中会产生高速喷射等离子云，以及四处飞溅的被切割材料粉尘。这些材料粉尘会严重污染和损伤聚焦透镜，同时严重影响激光聚焦和激光切割质量。激光切割机目前均采用静态聚焦与激光束同轴吹气方式，在激光切割中辅助吹气的作用有以下几点：第一、对于金属激光切割机切割的易氧化的金属表面，吹氧气提高了表面对激光的吸收率。在激光加热过程中吹氧气，金属表面迅速氧化，反射率迅速降低，减少了表面对激光能量的反射损耗。第二、激光加工中在激光加热和吹氧过程中，氧化反应放出了大量热量，补充了切割中需要的热能。第三、与激光束同轴吹气，可以吹开和消除等离子云对激光的屏蔽作用，保持恒定的切割速度。第四、在激光切割过程中，同轴吹气可以吹掉缝隙里的熔融金属，提高切割速度。第五、激光切割过程中，与激光束同轴吹气，可以吹散在切割时向上喷射的物质，从而保护了聚焦透镜不受污染和损坏。当然还有非金属激光切割机的吹气过程中使我们的工作效率、效果都有提升。

至于振镜扫描聚焦的激光加工方式中，业内均采取抽气的办法，把激光加工产生的粉尘抽走以保护聚焦镜和振镜镜片，所谓抽气，就是气体流向与激光传输方向相反。由于振镜扫描聚焦的激光束传输方位是动态变化的，目前还没有好的吹气办法，使得气流方向与激光束传输方向一致或者基本一致，达到抑制激光加工产生的火花和等离子的产生，因此一直不可以实现上述静态聚焦激光束同轴吹气的效果，多年以来无人解决这个技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种激光扫描加工装置，在激光扫描的同时，能够实现分布式轴向或近轴辅助吹气功能，达到抑制或者消除激光加工中产生的火花和等离子云的效果。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种激光扫描加工装置，包括振镜扫描聚焦模块、正压气体腔和/或负压气体腔、吹气掩模板。

为了描述方便，对于上述各组成部分，激光入射的一面定义为激光入射面，激光出射的一面定义为激光出射面；或者，激光入射的一端定义为激光入射端，激光出射的一端定义为激光出射端。

所述吹气掩模板，位于待加工材料上方，其上开有一个或者多个气流窗口，便于加工激光束通过。以激光扫描运动时不挡住激光传输并到达待加工材料为标准，该气流窗口的形状可根据待激光加工图案的形状或者激光加工轨迹形状进行设置，气流窗口的尺寸大于所述待激光加工图案尺寸或者大于激光加工轨迹线宽尺寸，或者气流窗口的形状和尺寸根据辅助吹气气流状态要求进行设置。

所述正压气体腔和/或负压气体腔用于在所述吹气掩模板的激光入射面与激光出射面形成气压差，使得在吹气掩模板各气流窗口位置形成与激光传输方向相同或者接近的辅助吹气气流。由于所述吹气掩模板的激光出射面直接面对待加工工件，因此与待加工工件表面处于同一空间，所述辅助吹气气流直接吹向待加工零件表面。

所述正压气体腔包括位置相对的正压气体腔激光入射端和正压气体腔激光出射端，所述正压气体腔上设有进气口和排气口，所述正压气体腔内部气压大于外界气压。

所述负压气体腔设有进气口和排气口，所述负压气体腔内部气压小于外界气压。

所述振镜扫描聚焦模块包括扫描振镜和扫描平场聚焦镜，或者所述振镜扫描聚焦模块包括动态聚焦镜和扫描振镜。

当扫描振镜与扫描平场聚焦镜配合时，所述扫描振镜用于改变发射到其上的入射激光束的传输方位，所述扫描振镜包括第一反射镜、用于驱动第一反射镜的第一电机、第二反射镜、用于驱动第二反射镜的第二电机以及扫描振镜外壳，所述扫描振镜外壳朝向所述入射激光束的一侧上设有激光入射口，所述第一反射镜、第一电机、第二反射镜以及第二电机位于所述扫描振镜外壳内，所述第一反射镜安装在第一电机的主轴上，所述第二反射镜安装在第二电机的主轴上，所述第一电机主轴与所述第二电机主轴相互垂直，所述第一反射镜用于接收并反射发射到其上的光束，以形成发射给所述第二反射镜的反射光束，所述第二反射镜接收并反射所述反射光束，以形成发射到所述扫描平场聚焦镜上的扫描光束。所述扫描平场聚焦镜，位于所述扫描振镜输出扫描光束的一侧，用于接收所述扫描光束，并对所述扫描光束进行聚集，以形成聚焦的第一光束，所述第一光束通过正压气体腔和/或负压气体腔和所述吹气掩模板上的气流窗口发射到待加工对象上，对工件进行激光加工。所述平场聚焦镜包括普通f-theta透镜和远心平场聚焦镜。