矩形匀化光斑激光熔覆头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种矩形匀化光斑激光熔覆头，所述激光熔覆头包括具有激光入射通道的导光座、沿所述激光入射通道自后向前依次设置的准直镜组、第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、第一柱聚焦镜、第二柱聚焦镜及保护镜，以及设置在所述导光座远端的熔覆加工头，其中，所述第一微透镜阵列包括以第一方向阵列排布的多个第一微透镜，所述第二微透镜阵列包括以第二方向阵列排布的多个第二微透镜；所述第一柱聚焦镜与所述第二柱聚焦镜呈正交方向设置。该激光熔覆头，其结构简单，能够显著地提升熔覆的效率，同时熔覆平整度也大幅提高，能够广泛地用于各种产品部件外表面的激光熔覆加工。

【技术实现步骤摘要】
矩形匀化光斑激光熔覆头
本技术涉及激光熔覆领域，具体涉及一种矩形匀化光斑激光熔覆头。
技术介绍
现有技术中，成形矩形光斑通常是采用直线带式矩形光斑积分镜，这种积分镜的基本原理是将输入的光斑分段反射，在工作面上得到相同位置和大小的输出光斑进行叠加，从而达到匀化和整形的效果。对于这种分段直线带式矩形光斑积分镜，由于平面反射，输出光斑尺寸约等于输入光斑尺寸除以分隔段数，因此无法获得大尺寸光斑，另外，由于入射激光是高斯光斑，分隔段数少时，得到的矩形光斑并非矩形匀化光斑，在用于激光熔覆加工时会造成激光熔覆层的平整度较差。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种矩形匀化光斑激光熔覆头，以获得矩形匀化光斑而用于激光熔覆加工。为达到上述目的，本技术采用的技术方案是：一种矩形匀化光斑激光熔覆头，所述激光熔覆头包括具有激光入射通道的导光座、沿所述激光入射通道自后向前依次设置的准直镜组、第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、第一柱聚焦镜、第二柱聚焦镜及保护镜，以及设置在所述导光座远端的熔覆加工头，其中，所述第一微透镜阵列包括以第一方向阵列排布的多个第一微透镜，所述第二微透镜阵列包括以第二方向阵列排布的多个第二微透镜，所述第一方向与所述第二方向相互垂直且均垂直于所述激光入射通道内激光的投射方向；所述第一柱聚焦镜与所述第二柱聚焦镜呈正交方向设置。优选地，所述第一微透镜具有接收激光束的第一入射面，所述第二微透镜具有接收激光束的第二入射面，所述第一入射面、所述第二入射面均为迎着投射的激光束自前向后拱起的弧形面。优选地，所述第一柱聚焦镜具有第一聚焦面，所述第二柱聚焦镜具有第二聚焦面，所述第一聚焦面、所述第二聚焦面均为顺着激光束投射的方向自后向前拱起的弧形面。优选地，所述导光座旁还附设有附加座，所述附加座上设置有用于监控所述熔覆加工头下方加工状况的摄像机，所述附加座与所述导光座之间还设有用于将所述激光入射通道内的光束反射至所述摄像机的反射镜组。进一步地，所述反射镜组包括设于所述激光入射通道内的反射透射镜、设于所述附加座上的反射镜，所述反射镜具有将自所述反射透射镜的出光面投射出的光束反射后投射至所述摄像机的反射面。更进一步地，所述反射透射镜在所述激光入射通道内设置在所述准直镜组与所述第一微透镜阵列之间。优选地，所述熔覆加工头包括附接在所述导光座远端且具有出光通道的出光嘴，以及设置在所述出光嘴外侧部上的送粉喷嘴。进一步地，所述出光嘴具有沿周向相接的四个外侧面，每个所述外侧面均为自后向前逐渐向中间倾斜延伸的斜面，所述送粉喷嘴设置有两个，两个所述送粉喷嘴分设于其中相对的两个所述外侧面的外侧。更进一步地，每个所述送粉喷嘴上均设有沿自身宽度方向间隔分布的多个送粉通道。由于上述技术方案的运用，本技术与现有技术相比具有下列优点：本技术的矩形匀化光斑激光熔覆头，其结构简单，能够将圆形光斑转换为较大尺寸匀化的矩形光斑，相较传统的圆形光斑光学系统，单次熔覆形成的熔覆层宽很多，能够显著地提升熔覆的效率，同时熔覆平整度也大幅提高，能够广泛地用于各种产品部件外表面的激光熔覆加工。附图说明附图1为本技术的激光熔覆头的整体结构示意图；附图2为附图1的激光熔覆头的纵向剖切示意图；附图3为附图1的激光熔覆头中送粉喷嘴的纵向剖切示意图；附图4为附图1的激光熔覆头的结构分解示意图；附图5a、5b为本技术中第一柱聚焦镜的示意图；附图6a、6b为本技术中第二柱聚焦镜的示意图；附图7为本技术的激光熔覆头中激光束的投射路线图；其中：1、导光座；101、激光器连接头；2、准直镜组；3、第一微透镜阵列；4、第二微透镜阵列；5、第一柱聚焦镜；51、第一聚焦面；6、第二柱聚焦镜；61、第二聚焦面；7、保护镜；8、风刀；9、出光嘴；91、出光通道；10、送粉喷嘴；10a、送粉通道；11、附加座；12、摄像机；13、反射透射镜；14、反射镜。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例来对本技术的技术方案作进一步的阐述。参见图1至6b所示，一种矩形匀化光斑激光熔覆头，该激光熔覆头包括具有激光入射通道的导光座1、设置在导光座1远端的熔覆加工头，导光座1的近端设置有激光器连接头101，该激光器连接头101具有QBH接口，以用于与激光器连接。此处，近端与远端是按照该激光熔覆头在使用的过程中，靠近激光器或操作人员的端部为近端，反之为远端；前后是以激光束沿激光入射通道传输时的前后方向予以参考定义的，具体为由后向前投射。该激光熔覆头还包括沿导光座1的激光入射通道自后向前依次设置的准直镜组2、第一微透镜阵列3、第二微透镜阵列4、第一柱聚焦镜5、第二柱聚焦镜6及保护镜7。其中：第一微透镜阵列2包括以第一方向阵列排布的多个第一微透镜，第二微透镜阵列3包括以第二方向阵列排布的多个第二微透镜，上述第一方向与第二方向相互垂直且均垂直于激光入射通道内激光的投射方向。第一微透镜具有接收激光束的第一入射面，第二微透镜具有接收激光束的第二入射面，上述第一入射面、第二入射面均为迎着投射的激光束自前向后拱起的弧形面。第一柱聚焦镜5与第二柱聚焦镜6呈正交方向设置，参见图5a、图5b所示；第一柱聚焦镜5具有第一聚焦面51，参见图6a、图6b所示；第二柱聚焦镜6具有第二聚焦面61，所述第一聚焦面51、所述第二聚焦面61均为顺着投射的激光束自后向前拱起的弧形面。具体为，第一聚焦面51具有沿第一柱聚焦镜5的径向延伸的第一弧形拱起，第二聚焦面61具有沿第二柱聚焦镜6的径向延伸的第二弧形拱起，上述第一弧形拱起与上述第二弧形拱起这两者的长度延伸方向相互垂直。如此，自激光器发出的激光束，先经过准直镜组2进行准直处理后变为平行激光束，再依次经过第一微透镜阵列3、第二微透镜阵列4、第一柱聚焦镜5、第二柱聚焦镜6及保护镜7，能够变化为竖直方向均匀、水平方向呈高斯分布的矩形光斑，且矩形光斑的大小可以达到15mm*3mm，相较传统的圆形光斑光学系统，单次熔覆形成的熔覆层宽很多，熔覆效率大大提高。并且，该矩形光斑为匀化光斑，光斑内部各点能量密度相同，从而与粉末耦合时能够形成平整的熔覆层。该激光熔覆头中的矩形匀化光斑光学系统使用的是两组非成像型微透镜阵列匀化系统。每组非成像型微透镜阵列匀化系统包括一个微透镜阵列和柱聚焦镜。两组非成像型微透镜阵列匀化系统两两相交。根据非成像型微透镜阵列匀化系统得到的是一个矩形的匀化光斑。图7示出了本技术的激光熔覆头中激光束投射路线及原理，在图中的方向上，激光束由光纤射出，经过准直镜2准直后射向水平方向的一维微透镜阵列（第一微透镜阵列3），通过第一微透镜阵列3将光束分割为多束子光束，然后通过竖直方向的一维微透镜阵列（第二微透镜阵列4），进一步将光束分割为多束子光束，然后通过竖直方向聚焦的柱聚焦透镜（第一柱聚焦镜5）进行聚焦，形成一个一维的非成像型微透镜匀化系统，在竖直方向聚焦的柱聚焦透镜的后焦面上得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矩形匀化光斑激光熔覆头，其特征在于：所述激光熔覆头包括具有激光入射通道的导光座、沿所述激光入射通道自后向前依次设置的准直镜组、第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、第一柱聚焦镜、第二柱聚焦镜及保护镜，以及设置在所述导光座远端的熔覆加工头，其中，所述第一微透镜阵列包括以第一方向阵列排布的多个第一微透镜，所述第二微透镜阵列包括以第二方向阵列排布的多个第二微透镜，所述第一方向与所述第二方向相互垂直且均垂直于所述激光入射通道内激光的投射方向；所述第一柱聚焦镜与所述第二柱聚焦镜呈正交方向设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种矩形匀化光斑激光熔覆头，其特征在于：所述激光熔覆头包括具有激光入射通道的导光座、沿所述激光入射通道自后向前依次设置的准直镜组、第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、第一柱聚焦镜、第二柱聚焦镜及保护镜，以及设置在所述导光座远端的熔覆加工头，其中，所述第一微透镜阵列包括以第一方向阵列排布的多个第一微透镜，所述第二微透镜阵列包括以第二方向阵列排布的多个第二微透镜，所述第一方向与所述第二方向相互垂直且均垂直于所述激光入射通道内激光的投射方向；所述第一柱聚焦镜与所述第二柱聚焦镜呈正交方向设置。


2.根据权利要求1所述的矩形匀化光斑激光熔覆头，其特征在于：所述第一微透镜具有接收激光束的第一入射面，所述第二微透镜具有接收激光束的第二入射面，所述第一入射面、所述第二入射面均为迎着投射的激光束自前向后拱起的弧形面。


3.根据权利要求1所述的矩形匀化光斑激光熔覆头，其特征在于：所述第一柱聚焦镜具有第一聚焦面，所述第二柱聚焦镜具有第二聚焦面，所述第一聚焦面、所述第二聚焦面均为顺着激光束投射的方向自后向前拱起的弧形面。


4.根据权利要求1所述的矩形匀化光斑激光熔覆头，其特征在于：所述导光座旁还附设有附加座，所述附加座上设置有用于监控所述熔覆加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪玉吉，王明娣，王贤宝，张晓，郭敏超，李曙生，
申请(专利权)人：苏州麦尔科唯激光机器人有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32