技术领域
[0001] 本发明涉及激光切割装置技术领域，尤其涉及一种杂散光吸收装置。
相关背景技术
[0002] 碳钢切割是利用激光辅助氧气进行切割，主要通过氧气与铁化学反应，铁在纯氧中的燃烧从而达到分离钢板的效果。不锈钢切割是利用激光直接熔化、气化板材，切割气体只是辅助吹走熔渣，从而达到分离钢板的效果。
[0003] 在碳钢切割时存在一些杂散光能量，这些杂散光会导致切割纹路较粗，进而影响切割效果。现有的杂散光吸收装置虽然能提高碳钢切割的切割表面质量，但对高斯分布的激光边缘能量的吸收后，降低了激光光束的总能量，在进行不锈钢切割的时候，激光熔化速度降低，切割速度相对下降。因此，更好的碳钢切割表面质量和更快的不锈钢切割速度无法在一台激光切割头上兼得。
具体实施方式
[0049] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0050] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0051] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0052] 在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
[0053] 本发明提供一种杂散光吸收装置，如图1‑图3所示，杂散光吸收装置包括固定座1、杂散光吸收单元2和推动单元3，固定座1具有沿轴向延伸的内腔，内腔的顶端设有入光孔，杂散光吸收单元2同轴设置在内腔中，杂散光吸收单元2设有沿轴向延伸的吸收腔20，推动单元3驱动杂散光吸收单元2沿轴向在第一位置(如图1所在位置)和第二位置(如图2所在位置)之间运动。
[0054] 杂散光吸收单元2在第一位置时，吸收腔20的第一端与外设的光源4之间形成高杂散光吸收率状态下最小吸收角度θ1，吸收腔20的第二端与光源4之间形成高杂散光吸收率状态下最大吸收角度θ2。
[0055] 杂散光吸收单元2在第二位置时，吸收腔20的第一端与光源4之间形成低杂散光吸收率状态下最小吸收角度θ3，吸收腔20的第二端与光源4之间形成低杂散光吸收率状态下最大吸收角度θ4。
[0056] 需要说明的是，光源4为光纤激光器，其生成的光束理论上为高斯光束，其能量分布如图6，在进行碳钢切割的时候为了避免影响碳钢切割质量的微弱杂散光区域能量导致铁与氧气发生化学反应，而在切割板材的割缝上端形成粗糙不平的刀口。通过杂散光吸收装置吸收一定角度以外的能量(本申请实施例优选120mrad，阴影S1处)，提高光束质量，使得光束能量分布边缘能量有断崖式的落差，从而使得切割割缝激光激发的铁和氧的氧化反应边界明确，无不理想的微弱能量导致的反应，达到亮面切割的效果。类似刀口表面有毛刺，切割的物体表面不光滑，如果刀口边缘光滑锋利，那么切割的物体切割面也就光滑。
[0057] 在进行不锈钢切割的时候调整到图7的杂散光吸收范围，通过杂散光吸收装置吸收一定角度以外的能量(本申请实施例优选160mrad，阴影S2处)，提高光束质量，让更多的激光能量通过，参与大能量激光对板材的直接熔化、气化，保证切割的切割速度。
[0058] 假设光源4的BPP数值为4.5，光纤直径为100微米，那对应的远场发散角为90mrad。对应本实施例高杂散光吸收率状态下遮光角度为120mrad以外杂散光，遮挡杂散光能量为
2.81％。对应本实施例的低杂散光吸收率状态下遮光角度为160mrad以外杂散光，遮挡杂散光能量为0.16％。
[0059] 其中，BPP(Beam‑parameter product)是用来衡量激光光束质量的关键参数。直接影响精密加工和宏加工的质量。对确定的激光器而言，BPP是个常数，通过光学系统将束腰或焦点变大时，发散角会变小。发散角变大时，束腰或焦点会变小。光源4将激光从入光孔射入杂散光吸收单元2的吸收腔20，通过推动单元3驱动杂散光吸收单元在第一位置和第二位置之间运动。如图1，杂散光吸收单元2在第一位置时，吸收腔20的底端与光源之4间形成高杂散光吸收率状态下最小吸收角度θ1，吸收腔20的顶端与光源4之间形成高杂散光吸收率状态下最大吸收角度θ2。如图2，杂散光吸收单元2在第二位置时，吸收腔20的底端与光源4之间形成低杂散光吸收率状态下最小吸收角度θ3，吸收腔20的顶端与光源4之间形成低杂散光吸收率状态下最大吸收角度θ4，进而能够在同一个激光切割头上兼得碳钢切割和不锈钢切割两种要求。
[0060] 进一步，固定座1内设有冷却单元5，杂散光吸收单元2设置在固定座1中以进行热交换。可以理解为，冷却单元5内设有流动的热交换液，在本申请实施例中，热交换液为水。
[0061] 推动单元3连接冷却单元5。推动单元3带动冷却单元5运动，进而使杂散光吸收单元2同步运动。
[0062] 需要说明的是，在本申请实施例中，推动单元3的一端沿径向穿设固定座1和冷却单元5，固定座1的侧壁设有沿轴向延伸的滑道，控制推动单元3位于固定座1的一端带动整个冷却单元5运动。
[0063] 进一步，如图4所示，杂散光吸收单元2的外壁沿周向设有第一弧面21、第二弧面22和两个过渡面23，第一弧面21的半径大于第二弧面22的半径，两个过渡面23设置在第一弧面21和第二弧面22之间。
[0064] 需要说明的是，第一弧面21的半径设置为图4中第一弧面21与吸收腔20的中轴线M之间的垂直距离，第二弧面22的半径设置为图4中第二弧面22与吸收腔20的中轴线M之间的垂直距离。
[0065] 第一弧面21的半径大于第二弧面22的半径，过渡面23设置在第一弧面21和第二弧面22之间，使得杂散光吸收单元2的外壁设有较大的散热面积，有利于其与冷却单元5进行热交换。
[0066] 进一步，冷却单元5设有圆柱形的冷却内壁50，第一弧面21与冷却内壁50抵接，第二弧面22和过渡面23共同与冷却内壁50间隔布置并形成C型的流道。
[0067] 第二弧面22和过渡面23均与冷却内壁50间隔布置并形成C型的流道，水经过流道时对杂散光吸收单元2降温。
[0068] 需要说明的是，冷却单元5还包括进水接头51和出水接头52，进水接头51和出水接头52分别连通于流道的两端。进水接头51接外部冷却液，冷却液从进水接头51进入C型的流道，再从出水接头52流出，该过程对杂散光吸收单元2降温。
[0069] 需要说明的是，过渡面23与第二弧面22光滑过渡，且过渡面23所在弧面的弧心位于杂散光吸收单元2的外部。如图4所示，过渡面23向内凹陷，第二弧面22向外凸起，过渡面23和第二弧面22形成波浪面。
[0070] 进一步，如图5所示，杂散光吸收单元2的轴向两端分别设有第一台阶面211和第二台阶面212。在本申请实施例中，第一台阶面211的半径小于第二台阶面212的半径。
[0071] 冷却内壁50的上端设有与第一台阶面211配合的第三台阶面，冷却内壁50的下端设有与第二台阶面212配合的第四台阶面。
[0072] 杂散光吸收单元2和冷却单元5在轴向两端通过台阶面相配合，杂散光吸收单元2和冷却单元5同步运动时更平稳。
[0073] 第一台阶面211与第三台阶面以及第二台阶面212与第四台阶面之间均设有密封圈6。设置密封圈6提高流道的密封性，防止流道内交换液流出。
[0074] 进一步，如图1所示，冷却单元5与固定座1之间设有轴套7，减小两者之间的载荷摩擦，使冷却单元5沿固定座1滑动时更顺畅。
[0075] 在本申请实施例中，冷却单元5的上下两端分别设有轴套台阶，每个轴套台阶上设有一个轴套7，即冷却单元5的上下两端均设有一个轴套7。
[0076] 并且，位于上端的轴套7凸出冷却单元5的上表面，位于下端的轴套7凸出冷却单元5的下表面。两个轴套7分别凸出于冷却单元5的上表面和下表面，进而替代冷却单元5沿轴向抵接固定座1，从而一定程度上保护冷却单元5。
[0077] 需要说明的是，轴套7与固定座1的底端平齐时为第一位置，轴套7抵接固定座1的顶端内表面时为第二位置。
[0078] 进一步，固定座1的顶端内表面设有用于配合轴套7的环形槽10。
[0079] 位于冷却单元5上表面的轴套7能够被限位在固定座1的环形槽10中，进而对该轴套7实现径向限位，同时保证杂散光吸收单元2同步运动时的稳定性。
[0080] 本实施例提供的杂散光吸收装置的工作原理为：通过推动单元3驱动杂散光吸收单元2在第一位置和第二位置之间运动。如图1，杂散光吸收单元2在第一位置时，吸收腔20的底端与光源之4间形成高杂散光吸收率状态下最小吸收角度θ1，吸收腔20的顶端与光源4之间形成高杂散光吸收率状态下最大吸收角度θ2。如图2，杂散光吸收单元2在第二位置时，吸收腔20的底端与光源4之间形成低杂散光吸收率状态下最小吸收角度θ3，吸收腔20的顶端与光源4之间形成低杂散光吸收率状态下最大吸收角度θ4，即当需要切割不锈钢板材时将杂散光吸收单元2上移使其距离光源3变小，切换到低杂散光吸收率状态，低杂散光吸收率状态下最小吸收角度θ3相对θ1增大很多，达到160mrad，减少了对杂散光能量的吸收，保证了不锈钢的切割速度，进而能够在同一个激光切割头上兼得碳钢切割和不锈钢切割两种要求。
[0081] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
