实现光斑能量分布变化的多束激光加工镜组与激光器系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种实现光斑能量分布变化的多束激光加工镜组与激光器系统，加工镜组包括镜筒组件与支撑调节组件；镜筒组件包括n个镜筒，各镜筒内部沿光束传播方向依次固定准直镜与会聚镜；支撑调节组件包括支撑组件及调节组件；支撑组件包括中心杆与固定圈，中心杆位于固定圈的轴向中心，中心杆通过多个支撑杆与固定圈固连；调节组件包括滑块及n个连杆，滑块能够沿中心杆滑动并定位；n个连杆的一端分别与滑块的侧壁铰接，每个连杆的另一端分别与每个镜筒外壁中上部铰接；固定圈与各镜筒下部侧壁铰接。解决了激光光斑尺寸和能量分布不易调节及调节成本高的问题。

Multi-beam Laser Machining Mirror Group and Laser System to Realize the Change of Spot Energy Distribution

【技术实现步骤摘要】
实现光斑能量分布变化的多束激光加工镜组与激光器系统
本技术涉及一种可实现光斑能量分布变化的多束激光加工镜组与激光器系统。
技术介绍
激光加工头是激光加工系统的重要组成部分，其主要包括光学镜组和气氛或送粉装置。光学镜组主要完成将激光光束从高功率光纤激光器的光纤端面传输至工作平面上，主要包括准直镜部分和会聚镜部分，整个传输过程一般为单光束传输。这个构造的传统激光加工头输出的激光光斑一般为实心光斑，只能通过改变激光光束作用在工作平面上的尺寸来改变激光光斑的能量分布。现有的传统激光加工头镜组通过准直和会聚镜部分将激光光束传输至工作平面上，在改变激光光斑尺寸和能量分布时主要采用以下方式：光斑大小调整方案，主要包括以下两种：1、空间离焦方式：根据激光光束传播特点，改变激光作用在工作面上的光斑尺寸，该方式不能直接和连续地变化光斑，因为要与粉束耦合，如果直接离焦会改变粉斑的尺寸和会聚特性；2、电动或手动改变会聚镜片位置离焦：电动或手动改变会聚镜片位置实现会聚镜片的加工头内离焦，这样会导致激光头结构复杂，整体长度较长。光斑能量分布模式调整方案，主要包括以下三种：1、使用焦点光斑；使得多模大芯径激光会是平顶能量分布，单模小芯径激光会是高斯分布；2、使用离焦光斑，激光光斑会是类高斯分布，无论是焦点光斑或者离焦光斑，都需要改变激光光束的纵向位置才能改变；3、使用其他光学部件主动改变激光光斑能量分布，调节不灵活，且成本较高。除了改变激光光斑尺寸和光斑能量变化较为复杂不灵活外，当需要使用高功率激光时，就要配用高功率光纤激光器，而这种激光器往往因为高功率合束器的原因会导致激光器的价格非常高。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供可实现光斑能量分布变化的多束激光加工镜组与激光器系统，解决激光光斑尺寸和能量分布不易调节及调节成本高的问题。本技术通过某一个调节装置可以使三路以上准直会聚的单模光纤激光器激光向同一点会聚或者围绕一点形成空心点状分布的光点圈，并且该光圈的大小可以根据调节装置进行改变，并且可以通过采用多束低功率激光合成工作来替换高功率激光器。本技术的技术解决方案是提供一种实现光斑能量分布变化的多束激光加工镜组，其特殊之处在于：包括镜筒组件与支撑调节组件；上述镜筒组件包括n个镜筒，各镜筒内部沿光束传播方向依次固定准直镜与会聚镜；其中n为大于等于1的正整数；上述支撑调节组件包括支撑组件及调节组件；上述支撑组件包括中心杆与固定圈，上述中心杆位于固定圈的轴向中心，上述中心杆通过多个支撑杆与固定圈固连；上述调节组件包括滑块及n个连杆，上述滑块能够沿中心杆滑动并定位；n个连杆的一端分别与滑块的侧壁铰接，每个连杆的另一端分别与每个镜筒外壁中上部铰接；上述固定圈与各镜筒下部侧壁铰接。进一步地，为了实现镜筒的稳定固定，该多束激光加工镜组还包括设置在连杆另一端的镜筒固定圈，连杆与镜筒固定圈通过铰链连接，各镜筒位于镜筒固定圈内并固定。进一步地，固定圈为圆环形。进一步地，镜筒上端安装光纤标准接头。通过调节滑块在中心杆上的位置，调节各镜筒相对于中心杆的角度，这样会使从镜筒中输出的激光光束会聚角度发生一定变化，那么在焦点处的多个光斑点位置也会发生变化，就在工作平面上形成一个实心光斑或者一个中空的环形光斑圈。本技术还提供一种实现光斑能量分布变化的激光器系统，其特殊之处在于：包括n个激光器及上述的多束激光加工镜组，激光器与镜筒一一对应，每个激光器的输出激光入射至相应镜筒内的准直镜与会聚镜，对激光进行准直汇聚后输出。进一步地，激光器通过光纤标准接头与镜筒连接。该结构可以实现多个低功率激光进行空间合束输出，同样实现了高功率激光器的输出，避免了直接使用高功率光纤激光器中光纤合束器，减少设备成本。本技术的有益效果是：1、本技术通过调节滑块在中心杆上的位置，实现激光光斑能量分布调节，调节过程简单方便，可以根据使用者需求而将激光光斑的能量分布进行改变；2、本技术无需光纤合束器即可实现高功率光斑输出，输出成本低；3、本技术可以输出空心光点圈，且每个光点的功率可以单独控制，光点圈的尺寸也可以控制；实现空心光点圈每个光点的尺寸根据需要进行变化。附图说明图1为本技术实施例多束激光加工镜组结构示意图；图2为图1的侧视图；图中附图标记为：1-中心杆，2-固定圈，3-镜筒，4-镜筒固定圈，5-连杆，6-滑块，7-支撑杆。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本技术做进一步地描述。本技术通过多束激光加工镜组，可以使三路以上准直会聚的单模光纤激光器激光向同一点会聚或者围绕一点形成空心点状分布的光点圈，并且该光圈的大小可以根据调节装置进行改变。多束激光加工镜组的具体结构如图1所示，包括镜筒组件与支撑调节组件。本实施例中镜筒组件包括5个镜筒3；每个镜筒3内部均固定准直镜片与会聚镜片，准直镜片与会聚镜片沿光束入射方向依次布设。镜筒3的上端可以通过光纤标准接头与激光器进行连接，镜筒3的下端可以输出一个会聚激光光束，根据激光传播特点，该光束会在焦点处会聚成一点，一般情况下都会使激光焦点落在工作平面上。本实施例中支撑调节组件包括中心杆1、固定圈2、滑块6、五个连杆5及五个镜筒固定圈4，固定圈2与镜筒固定圈4均为环形，中心杆1位于固定圈2的轴向中心，并通过五个支撑杆7与固定圈2固连，滑块6能够沿中心杆1滑动且在滑动到所需位置时能够实现定位，各连杆5的两端分别与各镜筒固定圈4及滑块6的侧壁通过铰链连接，镜筒3固定在镜筒固定圈4内，固定部位于镜筒3的中上部，镜筒3的下部侧壁与固定圈2铰接，当滑块6在中心杆1上下滑动时，各镜筒3相对于中心杆1的角度发生变化，进而影响镜筒3输出激光光束的传播角度，进而影响落在工作平面上的激光光斑或光斑圈的尺寸和能量分布。该实施例的多束激光加工镜组可以应用在激光器系统中，五个镜筒3的上端通过五个光纤标准接头与五个激光器输出连接，每个激光器的输出激光入射至相应镜筒3内的准直镜与会聚镜，对激光进行准直汇聚后输出，可以实现多个低功率激光进行空间合束输出，同样实现了高功率激光器的输出，避免了直接使用高功率光纤激光器中光纤合束器，减少设备成本。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现光斑能量分布变化的多束激光加工镜组，其特征在于：包括镜筒组件与支撑调节组件；所述镜筒组件包括n个镜筒(3)，各镜筒(3)内部沿光束传播方向依次固定准直镜与会聚镜；其中n为大于等于1的正整数；所述支撑调节组件包括支撑组件及调节组件；所述支撑组件包括中心杆(1)与固定圈(2)，所述中心杆(1)位于固定圈(2)的轴向中心，所述中心杆(1)通过多个支撑杆(7)与固定圈(2)固连；所述调节组件包括滑块(6)及n个连杆(5)，所述滑块(6)能够沿中心杆(1)滑动并定位；n个连杆(5)的一端分别与滑块(6)的侧壁铰接，每个连杆(5)的另一端分别与每个镜筒(3)外壁中上部铰接；所述固定圈(2)与各镜筒(3)下部侧壁铰接。

【技术特征摘要】
1.一种实现光斑能量分布变化的多束激光加工镜组，其特征在于：包括镜筒组件与支撑调节组件；所述镜筒组件包括n个镜筒(3)，各镜筒(3)内部沿光束传播方向依次固定准直镜与会聚镜；其中n为大于等于1的正整数；所述支撑调节组件包括支撑组件及调节组件；所述支撑组件包括中心杆(1)与固定圈(2)，所述中心杆(1)位于固定圈(2)的轴向中心，所述中心杆(1)通过多个支撑杆(7)与固定圈(2)固连；所述调节组件包括滑块(6)及n个连杆(5)，所述滑块(6)能够沿中心杆(1)滑动并定位；n个连杆(5)的一端分别与滑块(6)的侧壁铰接，每个连杆(5)的另一端分别与每个镜筒(3)外壁中上部铰接；所述固定圈(2)与各镜筒(3)下部侧壁铰接。2.根据权利要求1所述的实现光斑能量分布变化的多束激光加工镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛飞，张智，赵纪元，卢秉恒，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61