一种光纤激光高效加工头制造技术

本发明专利技术涉及激光加工技术领域，公开了一种光纤激光高效加工头。该加工头包括主壳体、光学组件、支撑组件、连接组件和气嘴组件，其中光学组件通过支撑组件安装在主壳体上，气嘴组件设置在主壳体下方，两者之间通过连接组件连接；激光束由主壳体顶部两侧进入主壳体内腔，由光学组件聚焦反射后穿过连接组件进入气嘴组件，从气嘴组件底部穿出后作用在待加工材料上。本发明专利技术能够同时切割两条缝线或者加工两个小孔，且当缝线间距或小孔间距改变时通过调节两个激光束焦点间距也能实现可靠加工，即加工效率高、可靠，适合于密集缝线、密集群孔的加工。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤激光高效加工头
本专利技术涉及激光加工
，尤其涉及激光精密切割、打孔
，更具体的说，特别涉及一种光纤激光高效加工头。
技术介绍
激光由于其高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的优点，已经广泛应用于科研、国防、工业等国民生产的重要方面。在工业领域，激光加工作为先进制造技术，具有高效、高精度、高质量、范围广、节能环保并能实现柔性加工和超微细加工的优点，在汽车、电子电路、电器、航空航天、钢铁冶金、机械制造等领域得到了广泛的应用，且在某些行业(例如汽车、电子行业等)已经达到较高的水平。对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。与传统的激光器相比，光纤激光器体积更小，效率更高，成本更低，易于系统集成，另外还具有长寿命、高稳定性等优点，而且其输出光束质量更好，能够得到高质量的近似基模的输出光束，采用光纤激光器本身能够非常容易实现柔性加工，因此非常适合各类激光加工，近年来，光纤激光在工业激光加工中应用发展迅速，且应用范围越来越广泛。激光切割、打孔是激光加工中比较常见，应用也比较广泛的一种方式。激光打孔共有3种方式，第一种：采用单脉冲打孔，一般针对厚度比较小的材料，激光器发射单个激光脉冲即能够击穿材料并完成打孔。第二种：多个脉冲打孔，采用多个脉冲对材料打孔。第三种：环切方式打孔，即激光束焦点与材料相对运动，且激光束焦点的移动轨迹为一个圆形，从而在材料上形成圆孔。激光切割是指激光首先在材料上形成一个孔，然后控制激光束和材料沿着所要切割的图形轨迹进行相对运动，从而获得所需的切割图形。随着光纤激光切割、打孔的不断成熟，激光切割和打孔被用于密集群孔和密集缝线的微细加工，相比传统的对密集群孔和密集缝线的加工方式，激光加工能够做到无应力、变形，加工质量稳定等，大大改善了加工效果，但是因为密集群孔和密集缝线是间隔非常小的大量的孔和线条，对于使用二维运动平台和激光切割头进行加工的激光设备来说，一方面，为了保证效果，实际切割、打孔速度不能太高，另一方面，在间隔非常小的大量孔或线条之间运动，二维运动平台无法达到较大的速度，因为间隔非常小，二维运动平台难以加速到较高的速度就已经运动到目的点，因此又必须减速，所以效率较低。所以亟需可以高效率的激光切割、打孔装备。一般光纤激光加工头的结构如附图2，激光器发出的激光束经由光纤激光输出头1发出，成为近似平行的光纤激光束2，并入射到聚焦镜3上，经过聚焦镜3聚焦，透过保护镜4，并穿过第一气嘴5，焦点汇聚到待加工材料6上，进行切割、打孔。在部分切割或打孔应用过程中，有可能需要辅助气体，将被激光熔融的材料吹除，此时可将辅助气体从辅助气体入口7进入，并从第一气嘴5吹出，因此辅助气体与汇聚激光束同时从气嘴中心穿过，对材料进行加工。在激光加工过程中，可能产生灰尘等污染物，污染物可能穿过第一气嘴5，进入到激光加工头内部，从而污染聚焦镜3，因此在聚焦镜3下方放置保护镜4，防止灰尘等污染到聚焦镜3。一般密集群孔和密集缝线的加工图如图1所示，即数量非常大的等间距线条需要切割，或者数量非常大的、间距有规律的密集小孔需要加工，采用一般的激光加工头，按照图形依次加工，效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种光纤激光高效加工头，能够同时切割两条缝线或者加工两个小孔，且当缝线间距或小孔间距改变时也能满足，即加工效率高、可靠，适合于密集缝线、密集群孔的加工。为了解决以上提出的问题，本专利技术采用的技术方案为：一种光纤激光高效加工头，该加工头包括主壳体、光学组件、支撑组件、连接组件和气嘴组件，其中光学组件通过支撑组件安装在主壳体上，气嘴组件设置在主壳体下方，两者之间通过连接组件连接；激光束由主壳体顶部两侧进入主壳体内腔，由光学组件聚焦反射后穿过连接组件进入气嘴组件，从气嘴组件底部穿出后作用在待加工材料上。所述主壳体的底端敞开，顶部为梯形结构，梯形结构的上端面中心和两侧面上均加工有安装孔，主壳体的中部和下部也都对称加工有安装孔，在中部和下部安装孔下方还分别加工有通孔，作为反射聚焦镜微调孔位和椭圆反射镜微调孔位。所述光学组件包括观察窗口镜片、第一入口镜片、第二入口镜片、第一反射聚焦镜、第二反射聚焦镜、第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜，支撑组件包括第一反射聚焦镜固定架、第二反射聚焦镜固定架、第一椭圆反射镜固定架和第二椭圆反射镜固定架；观察窗口镜片设置在主壳体顶部上端面的安装孔内，第一入口镜片和第二入口镜片对称设置在主壳体顶部侧面的安装孔内，第一反射聚焦镜和第二反射聚焦镜分别通过第一反射聚焦镜固定架和第二反射聚焦镜固定架对称设置在主壳体中部的安装孔内，第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜对称设置在主壳体下部的安装孔内。所述第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜两者其中的一个焦点位置重合，另一个焦点位于同一水平面上。所述连接组件包括第一透明窗口镜片、连接板和连接板滑轨，连接板中心加工有通孔，并在通孔内设置有第一透明窗口镜片，连接板下端面设置有连接板滑轨；连接板设置在主壳体底部开口处，第一透明窗口镜片与主壳体内腔位置相对应。所述气嘴组件包括气嘴壳体和第二透明窗口镜片，第二透明窗口镜片设置在气嘴壳体内腔，气嘴壳体的顶端敞口，下部为锥形结构且底部开口作为第二气嘴，外表面加工有气嘴固定孔；两个气嘴组件通过气嘴固定孔安装在连接板滑轨上，并能够沿其滑动调节两者之间的距离。所述两个气嘴组件中的第二气嘴分别位于第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜两者其中的另一个焦点上。所述气嘴壳体的侧面向外延伸形成辅助气体入口，辅助气体入口位于第二透明窗口镜片下方。所述第一反射聚焦镜和第二反射聚焦镜采用第一透射聚焦镜和第二透射聚焦镜来代替。一种光纤激光高效加工头的加工方法，该加工方法具体步骤如下：步骤一：由外部进来的第一光纤激光束和第二光纤激光束分别穿过第一入口镜片和第二入口镜片后，入射到第一反射聚焦镜和第二反射聚焦镜；步骤二：第一反射聚焦镜和第二反射聚焦镜分别将接收到的激光束反射形成第一聚焦激光束和第二聚焦激光束；步骤三：调节第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜，使两者的一个焦点重合，另一个焦点位于同一水平面上；步骤四：第一聚焦激光束和第二聚焦激光束经过第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜重合的焦点后，发散形成第一发散激光束和第二发散激光束；步骤五：第一发散激光束和第二发散激光束分别入射至第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜，反射形成第一椭圆反射镜聚焦激光束和第二椭圆反射镜聚焦激光束；步骤六：第一椭圆反射镜聚焦激光束和第二椭圆反射镜聚焦激光束分别穿过两个第二喷嘴后，作用在待加工材料上同时进行加工。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术通过主壳体内的光学组件对称布置，采用两束激光束射入至主壳体内部并可获得两个焦点，而且可以通过调节光学组件的椭圆反射镜位置，使得两个焦点位于同一个水平面上，调节方便可靠，即可实现同时切割两条缝线或者加工两个小孔；此外，两束激光的焦点的间距大小可以调节，因此当所需要加工的缝线间距或小孔间距改变时，仍然能够通过调节两个激光束焦点间距，其适合于密集缝线、密集群孔的加工，加工效率是普通激光加工头的两倍。2、本专利技术采用两个相同且独立的气嘴组件，而且气嘴组件可以沿着连接板轨道滑动，所以当不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤激光高效加工头，其特征在于：该加工头包括主壳体(62)、光学组件、支撑组件、连接组件和气嘴组件，其中光学组件通过支撑组件安装在主壳体(62)上，气嘴组件设置在主壳体(62)下方，两者之间通过连接组件连接；激光束由主壳体(62)顶部两侧进入主壳体(62)内腔，由光学组件聚焦反射后穿过连接组件进入气嘴组件，从气嘴组件底部穿出后作用在待加工材料上。

【技术特征摘要】
1.一种光纤激光高效加工头，其特征在于：该加工头包括主壳体(62)、光学组件、支撑组件、连接组件和气嘴组件，其中光学组件通过支撑组件安装在主壳体(62)上，气嘴组件设置在主壳体(62)下方，两者之间通过连接组件连接；激光束由主壳体(62)顶部两侧进入主壳体(62)内腔，由光学组件聚焦反射后穿过连接组件进入气嘴组件，从气嘴组件底部穿出后作用在待加工材料上；所述光学组件包括观察窗口镜片(11)、第一入口镜片(12)、第二入口镜片(30)、第一反射聚焦镜(14)、第二反射聚焦镜(32)、第一椭圆反射镜(17)和第二椭圆反射镜(35)；其中观察窗口镜片(11)设置在主壳体(62)顶部上端面，第一入口镜片(12)和第二入口镜片(30)对称设置在主壳体(62)顶部侧面；第一反射聚焦镜(14)和第二反射聚焦镜(32)对称设置在主壳体(62)中部；第一椭圆反射镜(17)和第二椭圆反射镜(35)对称设置在主壳体(62)下部，两者其中的一个焦点位置重合，另一个焦点位于同一水平面上。2.根据权利要求1所述的光纤激光高效加工头，其特征在于：所述主壳体(62)的底端敞开，顶部为梯形结构，梯形结构的上端面中心加工有的安装孔，用于安装观察窗口镜片(11)；两侧面上分别加工有安装孔，用于安装第一入口镜片(12)和第二入口镜片(30)；主壳体的中部和下部也都对称加工有安装孔，在中部和下部安装孔下方还分别加工有通孔，作为反射聚焦镜微调孔位和椭圆反射镜微调孔位。3.根据权利要求2所述的光纤激光高效加工头，其特征在于：支撑组件包括第一反射聚焦镜固定架(15)、第二反射聚焦镜固定架(33)、第一椭圆反射镜固定架(18)和第二椭圆反射镜固定架(36)；第一反射聚焦镜(14)和第二反射聚焦镜(32)分别通过第一反射聚焦镜固定架(15)和第二反射聚焦镜固定架(33)对称设置在主壳体(62)中部的安装孔内，第一椭圆反射镜(17)和第二椭圆反射镜(35)对称设置在主壳体(62)下部的安装孔内。4.根据权利要求3所述的光纤激光高效加工头，其特征在于：所述连接组件包括第一透明窗口镜片(20)、连接板(21)和连接板滑轨(22)，连接板(21)中心加工有通孔，并在通孔内设置有第一透明窗口镜片(20)，连接板(21)下端面设置有连接板滑轨(22)；连接板(21)设置在主壳体(62)底...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建涛，肖磊，杨锦彬，宁艳华，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44