一种间距与分光能量可调三光点激光焊接光学系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种间距与分光能量可调三光点激光焊接光学系统，本实用新型专利技术结构设计新颖，通过采用圆楔形镜与三分束棱镜组合，基于双片圆楔形镜间距可调所引起的光束平移特性，基于双片三分束棱镜分束特性与棱夹角特性，基于圆楔形镜与三分束棱镜中心轴旋转特性，实现了一种聚焦三光点光学系统，三光点间距、能量以及方向均可调节，适用于任意光纤芯径的光纤激光器激光焊接应用，特别有助于提高激光钎焊中焊接件焊缝质量。

A distance and light energy adjustable light point laser welding optical system

The utility model discloses a spacing adjustable light energy and light point laser welding optical system, the utility model has the advantages of novel structure design, through the use of circular wedge mirror and three beam splitter, double circular wedge mirror spacing can be caused by the beam shifting modulation characteristics based on double, three beam splitter prism beam splitter the characteristics and edge angle characteristic based on rotating characteristics of circular wedge mirror and three beam splitter based on central axis, to achieve a three point focusing optical system, optical distance, energy and direction can be adjusted, applicable to arbitrary fiber laser fiber core diameter welding application, especially help to improve the laser brazing welding weld quality.

【技术实现步骤摘要】
一种间距与分光能量可调三光点激光焊接光学系统
：本技术涉及激光焊接领域，特别涉及一种间距与分光能量可调三光点激光焊接光学系统。
技术介绍
：工业激光加工行业包括激光切割、焊接、打标、钻孔、微加工、熔覆、淬火、表面处理、3D打印等各方面，涵盖了各类常用金属或非金属材料的激光加工，其中尤以激光焊接、打标、3D打印等激光加工行业对激光束多样性的要求更具代表性。激光焊接，从最初的单焦点焊接，到后面衍生的双焦点焊接、三焦点焊接等，目的是为了获得更好焊接效果与质量。双焦点焊接是激光束经过特殊整形后，聚焦出两束能量相同、大小一致的光斑，分别对称落在焊缝两边来进行加工的工艺方式，三焦点焊接通常是在双焦点焊接基础上，引入另一焦点对待焊接或焊接后的焊缝进行预处理或后处理,但在一些激光焊接场合，分布在焊缝两边的双光斑会用于辅助处理焊缝，大部分能量则分给了焊缝上的光斑。可见，不同的激光焊接场合，三光点激光焊接的三个光斑能量分布上，有其特定的要求。当下的三焦点激光焊接光路，大致从两个方向出发，一种是通过特殊的光纤来获得三光点的输出光束，另一种则是通过外光路特殊整形处理来实现。前一种方案，以IPG为代表的光纤激光器分光方案，通过常规外光路聚焦后的三光点方向往往具有随意性，对激光焊接方向有诸多限制，而且高功率的特殊光纤，价格上十分昂贵，三光点分光能量以及光斑间距均不可调；后一种方案，有以Laserline为代表的分光方案，通过镜片表面部分阵列化及分光化，获得主光点为方形，侧双光点为圆形的三光点，该方案的问题在于，三个光点的距离固定，十分影响并限制光纤芯径差异较大、聚焦镜焦距差异较大的激光焊接应用，再者，阵列化的镜面非常难加工，成本昂贵，目前仅有少数国外供应商有稳定的产品。基于以上所述，同时考虑到机械结构实现的难易性，本技术提出一种间距与分光能量可调三光点激光焊接光学系统，通过采用圆楔形镜与三分束棱镜组合，基于双片圆楔形镜间距可调所引起的光束平移特性，基于双片三分束棱镜分束特性与棱夹角特性，基于圆楔形镜与三分束棱镜中心轴旋转特性，实现了一种聚焦三光点光学系统，三光点间距、能量以及方向均可调节，适用于任意光纤芯径的光纤激光器激光焊接应用，特别有助于提高激光钎焊中焊接件焊缝质量。
技术实现思路
：本技术提供一种间距与分光能量可调三光点激光焊接光学系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为了解决上述问题，本技术提供了一种技术方案：一种间距与分光能量可调三光点激光焊接光学系统，包括：光纤激光器自出光点和焦平面，其创新点在于：还包括消像差准直镜组、第一片圆楔形镜、第二片圆楔形镜、第一片三分束棱镜、第二片三分束棱镜和消像差聚焦镜组；所述光纤激光器自出光点、消像差准直镜组、第一片圆楔形镜、第二片圆楔形镜、第一片三分束棱镜、第二片三分束棱镜、消像差聚焦镜组和焦平面自上而下以相互间隔的方式排列在一起且相互同心；所述第一片圆楔形镜与第二片圆楔形镜相互平行，所述第一片圆楔形镜与第二片圆楔形镜的楔形面相互对应；所述第一片圆楔形镜与第二片圆楔形镜之间的间距可调，且所述第一片圆楔形镜与第二片圆楔形镜可围绕中心轴360°旋转；所述第一片三分束棱镜与第二片三分束棱镜的分光面相互对应，所述第一片三分束棱镜与第二片三分束棱镜可围绕中心轴360°旋转；所述消像差准直镜组和消像差聚焦镜组均可换为消像差非球面镜，所述消像差准直镜组和消像差聚焦镜组的镜片均为圆柱状且相互同轴。作为优选，所述第一片圆楔形镜与第二片圆楔形镜楔形面的楔角相同，且所述第一片圆楔形镜与第二片圆楔形镜的两侧镜面均为平面。作为优选，所述第一片三分束棱镜和第二片三分束棱镜对应中心轴过三条分光棱交点，三条分光棱与中心轴夹角即棱轴夹角相同，三个分光面为平面且等面积等角度分布，两片三分束棱镜棱轴夹角相同。作为优选，所述消像差聚焦镜组聚焦三光点在焦平面上，且三光点大小相同，中心连线为等边三角形，等边三角形中心不动，三光点间距、分束能量及方向可控。本技术的有益效果：(1)本技术结构设计新颖，通过采用圆楔形镜与三分束棱镜组合，基于双片圆楔形镜间距可调所引起的光束平移特性，基于双片三分束棱镜分束特性与棱夹角特性，基于圆楔形镜与三分束棱镜中心轴旋转特性，实现了一种聚焦三光点光学系统，三光点间距、能量以及方向均可调节，适用于任意光纤芯径的光纤激光器激光焊接应用，特别有助于提高激光钎焊中焊接件焊缝质量。(2)本技术的光纤激光束经过消像差准直镜组准直后为平行光束，平行光束由两片圆楔形镜折射不影响传输方向的同时，产生光轴方向上的位置偏移，偏移距离与两圆楔形镜间距有关，确保入射到第一片三分束棱镜上的光束分光能量任意可控。(3)本技术的圆楔形镜产生的偏移平行光束，经过两片三分束棱镜分束后，形成三束光束，当两片三分束棱镜六个中心对称面每两个相邻面夹角为60°时，三束光束传输方向相同，聚焦焦点为一个点，在此基础上微调其中两相邻中心对称面夹角，聚焦焦点即可分成三个光斑，对称面夹角改变的大小，决定三分光点的距离。(4)本技术的圆楔形镜组与三分束棱镜组的组合调节，即实现了三光点间距与能量的调节。同时，圆楔形镜组、三分束棱镜组360°中心轴旋转，在保证三个分光光斑中心位置不动的同时，确保三个光斑可朝任意方向改变，以满足激光焊接的各向加工需求。附图说明：为了易于说明，本技术由下述的具体实施及附图作以详细描述。图1为本技术的光学系统结构示意图。图2为本技术的三分束棱镜结构示意图。图3为本技术的光斑演化示意图。1-光纤激光器自出光点；2-消像差准直镜组；3-第一片圆楔形镜；4-第二片圆楔形镜；5-第一片三分束棱镜；6-第二片三分束棱镜；7-消像差聚焦镜组；8-焦平面。具体实施方式：如图1、图2和图3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种间距与分光能量可调三光点激光焊接光学系统，包括：光纤激光器自出光点1和焦平面8，还包括消像差准直镜组2、第一片圆楔形镜3、第二片圆楔形镜4、第一片三分束棱镜5、第二片三分束棱镜6和消像差聚焦镜组7；所述光纤激光器自出光点1、消像差准直镜组2、第一片圆楔形镜3、第二片圆楔形镜4、第一片三分束棱镜5、第二片三分束棱镜6、消像差聚焦镜组7和焦平面8自上而下以相互间隔的方式排列在一起且相互同心；所述第一片圆楔形镜3与第二片圆楔形镜4相互平行，所述第一片圆楔形镜3与第二片圆楔形镜4的楔形面相互对应；所述第一片圆楔形镜3与第二片圆楔形镜4之间的间距可调，且所述第一片圆楔形镜3与第二片圆楔形镜4可围绕中心轴360°旋转；所述第一片三分束棱镜5与第二片三分束棱镜6的分光面相互对应，所述第一片三分束棱镜5与第二片三分束棱镜6可围绕中心轴360°旋转；所述消像差准直镜组2和消像差聚焦镜组7均可换为消像差非球面镜，所述消像差准直镜组2和消像差聚焦镜组7的镜片均为圆柱状且相互同轴。其中，所述第一片圆楔形镜3与第二片圆楔形镜4楔形面的楔角相同，且所述第一片圆楔形镜3与第二片圆楔形镜4的两侧镜面均为平面；所述第一片三分束棱镜5和第二片三分束棱镜6对应中心轴过三条分光棱交点，三条分光棱与中心轴夹角即棱轴夹角相同，三个分光面为平面且等面积等角度分布，两片三分束棱镜棱轴夹角相同；所述消像差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种间距与分光能量可调三光点激光焊接光学系统，包括：光纤激光器自出光点(1)和焦平面(8)，其特征在于：还包括消像差准直镜组(2)、第一片圆楔形镜(3)、第二片圆楔形镜(4)、第一片三分束棱镜(5)、第二片三分束棱镜(6)和消像差聚焦镜组(7)；所述光纤激光器自出光点(1)、消像差准直镜组(2)、第一片圆楔形镜(3)、第二片圆楔形镜(4)、第一片三分束棱镜(5)、第二片三分束棱镜(6)、消像差聚焦镜组(7)和焦平面(8)自上而下以相互间隔的方式排列在一起且相互同心；所述第一片圆楔形镜(3)与第二片圆楔形镜(4)相互平行，所述第一片圆楔形镜(3)与第二片圆楔形镜(4)的楔形面相互对应；所述第一片圆楔形镜(3)与第二片圆楔形镜(4)之间的间距可调，且所述第一片圆楔形镜(3)与第二片圆楔形镜(4)可围绕中心轴360°旋转；所述第一片三分束棱镜(5)与第二片三分束棱镜(6)的分光面相互对应，所述第一片三分束棱镜(5)与第二片三分束棱镜(6)可围绕中心轴360°旋转；所述消像差准直镜组(2)和消像差聚焦镜组(7)均可换为消像差非球面镜，所述消像差准直镜组(2)和消像差聚焦镜组(7)的镜片均为圆柱状且相互同轴。...

【技术特征摘要】
1.一种间距与分光能量可调三光点激光焊接光学系统，包括：光纤激光器自出光点(1)和焦平面(8)，其特征在于：还包括消像差准直镜组(2)、第一片圆楔形镜(3)、第二片圆楔形镜(4)、第一片三分束棱镜(5)、第二片三分束棱镜(6)和消像差聚焦镜组(7)；所述光纤激光器自出光点(1)、消像差准直镜组(2)、第一片圆楔形镜(3)、第二片圆楔形镜(4)、第一片三分束棱镜(5)、第二片三分束棱镜(6)、消像差聚焦镜组(7)和焦平面(8)自上而下以相互间隔的方式排列在一起且相互同心；所述第一片圆楔形镜(3)与第二片圆楔形镜(4)相互平行，所述第一片圆楔形镜(3)与第二片圆楔形镜(4)的楔形面相互对应；所述第一片圆楔形镜(3)与第二片圆楔形镜(4)之间的间距可调，且所述第一片圆楔形镜(3)与第二片圆楔形镜(4)可围绕中心轴360°旋转；所述第一片三分束棱镜(5)与第二片三分束棱镜(6)的分光面相互对应，所述第一片三分束棱镜(5)与第二片三分束棱镜(6)可围绕中...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵华江，李思佳，李思泉，
申请(专利权)人：上海嘉强自动化技术有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31