基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统及加工头技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统及加工头，包括多个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块对应的多个准直透镜、送料管以及一个中心开有通孔的聚焦透镜；所述多个光纤输出激光模块分成几组，每组模块的输出光纤端面按一定规律排列在与之对应的准直透镜的前焦点附近，所述准直透镜至少包括一片透镜；所述中心开有通孔的聚焦透镜至少包括一片透镜，位于准直透镜的后方；所述送料管穿过聚焦透镜的中心通孔；所述准直透镜设置在所述送料管四周；本发明专利技术直接利用小功率模块，避免了现有技术先合束再分束的过程，降低了设备成本，另外只使用一个聚焦透镜，系统调试简单。

【技术实现步骤摘要】
基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统及加工头
本专利技术属于激光
，涉及一种激光加工用激光系统及利用该系统的加工头，特别是一种基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统及加工头，可广泛应用于激光加工产业中。
技术介绍
将材料烧结在一起是激光加工的一类重要应用，如激光焊接、激光熔覆和激光3D打印等。在激光3D打印中，这种烧结过程烧结的材料通常是粉、丝之间的烧结，在焊接和熔覆中，这种烧结过程通常是粉或者丝与金属零件之间的烧结。根据烧结材料的送料方式和光束照射方式，目前烧结技术可分成两类：一类是侧面送料技术，即烧结光垂直烧结表面照射，烧结物料从侧面送入光照区；另一类是中心送料技术，即物料垂直送向烧结表面，烧结光从四周照射物料和烧结区。相比之下，中心送料技术在实现烧结的过程中，可以实现各烧结材料(物料和基体)的同时加温，通常会得到更好的烧结质量，另外，烧结激光头可以在所有方向上自由运动提高了制造过程的灵活性。对于中心送料技术，目前学术界和产业界已经提出了多种实施方案。比如中国专利CN201711184987一种中心送粉可扩展多束激光熔覆头及其应用；中国专利CN201710790666一种完全环状激光熔覆头；中国专利CN201710059713激光熔覆装置；中国技术专利201320761615.7一种平行环形激光熔覆头。这些专利给出了中心送粉的实现方案。又比如中国专利技术专利201510968684.9公开了一种分束激光聚焦同轴熔丝激光头和激光同轴熔丝成形设备；中国专利技术专利CN101386111A公开了一种激光光内送丝装置。在中心送料烧结技术中，为了减少热应力，通常希望烧结基体能有一定的预热和缓冷，中国专利CN201710059713激光熔覆装置和和中国专利CN201610989297基于多焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆装置提出了解决方案。综观目前公开发表的所有中心送料边缘光照射的技术方案，其技术实现路径都可以总结成下述步骤：1、激光束分光成N个平行光；2、N个平行光通过N个聚焦透镜汇聚到加工区。在步骤1中，激光来自同一激光器，通常来自激光器的光被准直成平行光，然后用分束镜分成N束；对于来自光纤输出激光器的光，也有通过光纤分束器分成N束，然后通过N个准直透镜准直成N束。在激光加工领域，所使用的激光器通常是大功率激光器，这些大功率激光器价格昂贵，另外该技术需要解决大功率激光的分束问题，系统复杂。在步骤2中，N个聚焦透镜的光轴需倾斜设置以使光轴交会在中心送料区。系统调试困难，加工头结构复杂。此外，这类激光加工系统设计好后，加工光斑的结构就被固定，无法进行调整以适应不同的激光加工工艺的要求。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统及加工头，该系统直接利用小功率模块，避免了现有技术先合束再分束的过程，降低了设备成本。另外只使用一个聚焦透镜，系统调试简单。最后，通过对诸小功率激光模块的独立控制，可以在加工过程中实时改变光斑的结构，满足不同激光加工工艺的要求。利用该系统，还可以实现中心送料的双侧线状光斑照明烧结，用在激光熔覆加工中，提高熔覆效率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统，其特征在于，包括多个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块对应的多个准直透镜、送料管以及一个中心开有通孔的聚焦透镜；所述多个光纤输出激光模块分成几组，每组模块的输出光纤端面按一定规律排列在与之对应的准直透镜的前焦点附近，所述准直透镜至少包括一片透镜；所述中心开有通孔的聚焦透镜至少包括一片透镜，位于准直透镜的后方；所述送料管穿过聚焦透镜的中心通孔；所述准直透镜设置在所述送料管四周；所述诸光纤端面通过相应准直透镜和中心开有通孔的聚焦透镜后，在聚焦透镜后焦面附近叠加形成复合光斑，用于激光加工。所述诸准直透镜的光轴平行且与所述中心开有通孔的聚焦透镜的光轴平行；所述送料管的轴线与中心开有通孔的聚焦透镜的光轴重合。所述诸光纤输出激光模块的输出光纤的芯径相同，或者不同；所述诸光纤输出激光模块输出光纤输出功率相同，或者不同；所述诸光纤输出激光模块输出光纤输出光的波长相同，或者不同；所述诸准直透镜的焦距相同，或者不同。通过调整所述诸光纤输出激光模块输出光纤的输出端面的位置、纤芯尺寸、准直透镜焦距和中心开有通孔的聚焦透镜焦距，所述诸激光模块输出端面通过相应准直透镜及中心开有通孔的聚焦透镜后成的像叠加在一起。通过调整所述诸光纤输出激光模块输出光纤的输出端面的位置、纤芯尺寸、准直透镜焦距和中心开有通孔的聚焦透镜焦距，所述诸激光模块输出端面通过相应准直透镜及中心开有通孔的聚焦透镜后成的像沿光轴方向分布。所述准直透镜共两个，分布在送料管的两侧，两准直透镜的光轴与送料管轴线平行，且三者的轴线位于同一平面，中心开有通孔的聚焦透镜的轴线与送料管轴线重合；所述光纤输出激光模块分成两组，每组的输出光纤的端面排成一条直线，分别位于各自对应的一个准直透镜前焦面上，排列方向与两准直透镜轴线所在平面垂直，且线状排列的光纤端面的中心位置与焦点重合；所述输出光纤的输出端面通过相应准直透镜及中心开有通孔的聚焦透镜后成的像形成两个片状汇聚成的线状分布的光斑，并重合在一起。所述诸光纤输出激光模块发光的相对持续时间是相同的，或者是不同的；诸光纤输出激光模块发光的相对持续时间内的功率是相同的，或者是不同的；诸光纤输出激光模块发光的相对持续时间是同步的，或者是不同步的；形成光斑形状随时间变化的光斑结构，满足不同激光加工对光斑的要求。一种基于多个光纤输出激光模块的中心送料加工头，包括多个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块对应的多个准直透镜、一个中心开有通孔的聚焦透镜、送料管、光纤支架、准直透镜支架、聚焦透镜支架及管状壳体，其中；所述光纤支架中心开有用于送料管穿过的通孔，所述光纤输出激光模块的输出光纤的端面环绕光纤支架中心的通孔设置；所述准直透镜支架中心开有用于送料管穿过的通孔，所述准直透镜与输出光纤的输出端面对应安装在准直透镜支架上；所述中心开有通孔的聚焦透镜固定在聚焦透镜支架上；所述光纤支架固定在管状壳体内并靠近一端，固定其上的光纤输出端面面向管状壳体的另一端；所述准直透镜支架固定在管状壳体内，邻接光纤支架；所述聚焦透镜支架固定在管状壳体内，邻接准直透镜支架；所述送料管穿过所述光纤支架上的中心通孔、所述准直透镜支架上的中心通孔及所述带有中心通孔聚焦透镜上的通孔，并与准直透镜支架和/或光纤支架固定连接；在该加工头上，光纤输出激光模块输出光纤输出的光经与之对应的准直透镜和中心开有通孔的聚焦镜后，汇聚到中心开有通孔的聚焦透镜的后焦面附近；将送料管接上送料器后，就可以按技术要求形成各种激光加工头，用于激光焊接、激光熔覆和激光3D打印。所述中心开有通孔的聚焦透镜中诸片透镜中至少一片透镜的至少一个面与所述聚焦透镜支架上的相应的一片由良导热材料加工的面型相同的透镜框贴合在一起，透镜框上与准直光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统，其特征在于，包括多个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块对应的多个准直透镜、送料管以及一个中心开有通孔的聚焦透镜；所述多个光纤输出激光模块分成几组，每组模块的输出光纤端面按一定规律排列在与之对应的准直透镜的前焦点附近，所述准直透镜至少包括一片透镜；所述中心开有通孔的聚焦透镜至少包括一片透镜，位于准直透镜的后方；所述送料管穿过聚焦透镜的中心通孔；所述准直透镜设置在所述送料管四周；所述诸光纤端面通过相应准直透镜和中心开有通孔的聚焦透镜后，在聚焦透镜后焦面附近叠加形成复合光斑，用于激光加工。/n

【技术特征摘要】
1.基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统，其特征在于，包括多个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块对应的多个准直透镜、送料管以及一个中心开有通孔的聚焦透镜；所述多个光纤输出激光模块分成几组，每组模块的输出光纤端面按一定规律排列在与之对应的准直透镜的前焦点附近，所述准直透镜至少包括一片透镜；所述中心开有通孔的聚焦透镜至少包括一片透镜，位于准直透镜的后方；所述送料管穿过聚焦透镜的中心通孔；所述准直透镜设置在所述送料管四周；所述诸光纤端面通过相应准直透镜和中心开有通孔的聚焦透镜后，在聚焦透镜后焦面附近叠加形成复合光斑，用于激光加工。


2.根据权利要求1所述的基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统，其特征在于，所述诸准直透镜的光轴平行且与所述中心开有通孔的聚焦透镜的光轴平行；所述送料管的轴线与中心开有通孔的聚焦透镜的光轴重合。


3.根据权利要求1所述的基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统，其特征在于，所述诸光纤输出激光模块的输出光纤的芯径相同，或者不同；所述诸光纤输出激光模块输出光纤输出功率相同，或者不同；所述诸光纤输出激光模块输出光纤输出光的波长相同，或者不同；所述诸准直透镜的焦距相同，或者不同。


4.根据权利要求1所述的基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统，其特征在于，通过调整所述诸光纤输出激光模块输出光纤的输出端面的位置、纤芯尺寸、准直透镜焦距和中心开有通孔的聚焦透镜焦距，所述诸激光模块输出端面通过相应准直透镜及中心开有通孔的聚焦透镜后成的像叠加在一起。


5.根据权利要求1所述的基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统，其特征在于，通过调整所述诸光纤输出激光模块输出光纤的输出端面的位置、纤芯尺寸、准直透镜焦距和中心开有通孔的聚焦透镜焦距，所述诸激光模块输出端面通过相应准直透镜及中心开有通孔的聚焦透镜后成的像沿光轴方向分布。


6.根据权利要求1所述的基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统，其特征在于，所述准直透镜共两个，分布在送料管的两侧，两准直透镜的光轴与送料管轴线平行，且三者的轴线位于同一平面，中心开有通孔的聚焦透镜的轴线与送料管轴线重合...

【专利技术属性】
技术研发人员：方强，方笑尘，
申请(专利权)人：方强，
类型：发明
国别省市：陕西;61