基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头，包括N个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块对应的M个光学成像系统及与光学成像系统对应的P个光学偏转器件；所述M个光学成像系统的光轴平行；所述光学偏转器件位于与之对应的所述光学成像系统的后方，所述光学偏转器件为光楔或者反射镜；所述光纤输出激光模块发出的光通过与之对应的所述光学成像系统及与之对应的光学偏转器件后，在光学成像系统后方形成复合光斑，本实用新型专利技术的激光加工头可应用于多种激光加工领域，特别是能够进一步降低激光加工系统的制造难度及制造成本。的制造难度及制造成本。的制造难度及制造成本。

【技术实现步骤摘要】
基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头


[0001]本技术属于激光加工
，尤其涉及一种基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头。

技术介绍

[0002]在大功率激光加工中，需要采用各种光斑结构满足加工加工要求。目前业界实现复杂光斑结构的方法是：(1)首先将小功率激光模块发出的光通过合束器变成大功率光束；(2)然后通过分光元件和光学系统产生所需的复杂光斑结构。这种技术方案的主要问题是合束器的引入带来了极大的热问题需要解决，使合束器的制造难度极高，制造成本也很高。中国专利ZL201921322737.X“基于多个光纤输出激光模块的复合光斑激光系统及加工头”公布了一种新的技术方案，它回避了合束器的使用，直接基于多个小功率激光输出模块构建激光光斑结构，带来的好处是激光系统中的热问题分布在多个点处，每个点处的热问题都大幅降低，使系统的稳定性和成本都大幅降低。但在该技术方案中，多个准直器系统共享同一个聚焦镜头，当准直器通道数量较大时，聚焦透镜的通光孔径变大，数值孔径也变大，这增加设计和制造难度，增加系统成本。中国专利ZL201921319138.2“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”公布了一种新的激光熔覆技术方案，该技术方案实现了光包粉激光熔覆，可以大幅提高光粉的作用距离，为超高速激光熔覆提供了一种完美的解决方案，但该方案由于采用中心带孔的特种镜头，制造成本高。同样，当准直系统增多式，聚焦透镜的通光孔径变大，数值孔径也变大，这增加设计和制造难度，增加系统成本。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中存在的问题，本技术的目的在于提供一种基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头，本技术的激光加工头可应用于多种激光加工领域，特别是能够进一步降低激光加工系统的制造难度及制造成本。
[0004]为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是，一种基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头，包括N个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块对应的M个光学成像系统及与光学成像系统对应的P个光学偏转器件；其中：M大于等于2；M小于等于N；P小于等于M；
[0005]所述M个光学成像系统的光轴平行；所述N个光纤输出激光模块分成M组，每组光纤输出激光模块的输出光纤端面设置在与之对应的所述光学成像系统的前方；所述光学偏转器件位于与之对应的所述光学成像系统的后方，所述光学偏转器件为光楔或者反射镜；所述光纤输出激光模块发出的光通过与之对应的所述光学成像系统及与之对应的光学偏转器件后，在光学成像系统后方形成复合光斑。
[0006]进一步的，通过调整激光模块光纤输出端面位置、纤芯形状、纤芯尺寸、所对应成像系统的放大率、及所对应偏转光学器件参数，使诸所述光纤输出激光模块输出光纤端面通过对应的光学系统及所述偏转器件后在像面成的像叠加在一起，形成一个单一的光斑；
所述形成的单一的光斑区域的强度相同，或者光斑区域内中间功率高、边缘功率低，或者光斑区域内中间功率低，边缘功率高。
[0007]进一步的，通过调整激光模块光纤输出端面位置、纤芯形状、纤芯尺寸、所对应成像系统的放大率、及所对应偏转光学器件参数，使诸所述光纤输出激光模块输出光纤端面通过对应的光学系统及所述偏转器件后在像面成的像叠加在一起，形成分布在几个分离区域的光斑。
[0008]进一步的，所述诸光纤输出激光模块分成两组，每组诸光纤输出激光模块各对应设置有一个光学成像系统，两个所述光学成像系统参数相同，两个所述光学成像系统的光轴位于同一平面且对称设置在一轴线的两侧，所述两组光纤输出模块输出光纤的端面各排成一列分别设置在所对应光学成像系统的前方，光纤端面排列方向与所述两光学系统轴线所在平面垂直；所述两光学系统的后方分别设置一个光楔作为偏转光学器件，使所述光纤端面的像在所述两光学系统光轴所在平面内向两光学成像系统轴线的对称轴方向偏转，并在中心对称轴线上重合；所述重合像形成一均匀条状光斑，用于激光淬火。
[0009]进一步的，在所述诸光学成像系统之间设置一送料管，送料管的轴线与所述光学成像系统的轴线平行；所述送料管用于输送粉状材料、或者丝状材料或者条状材料；所述送料管的送料区域，与所述诸光纤输出激光模块发出的光通过与之对应的诸所述光学成像系统及相应的光学偏转器件后形成的光斑重叠，用于实现光学烧结加工。
[0010]进一步的，通过调整激光模块光纤输出端面位置、纤芯形状、纤芯尺寸、所对应成像系统的放大率、及所对应偏转光学器件参数，使诸所述光纤输出激光模块输出光纤端面通过对应的光学系统及所述偏转器件后在像面成的像叠加在一起，形成一个圆形光斑，或者环形光斑，或者条形光斑；所述圆形光斑或者环形光斑或者条形光斑与所述送料管的送料区重叠。
[0011]进一步的，所述诸光纤输出激光模块分成两组，两个所述光学成像系统参数相同，其光轴位于同一平面且对称设置在所述送料管的两侧，所述两组光纤输出模块输出光纤的端面各排成一列分别设置在所对应光学成像系统的前方，光纤端面排列方向与所述两光学成像系统轴线所在平面垂直；所述两光学成像系统的后方分别设置一个光楔作为偏转光学器件，使所述光纤端面的像在所述两光学成像系统光轴所在平面内向所述送料管轴线方向偏转，并在送料管轴线上重合；所述重合像与送料管的送粉区重叠，用于宽带激光熔覆。
[0012]进一步的，所述诸光纤输出激光模块分成六组，六个所述光学成像系统参数相同，其光轴等角度分布在以所述送料管轴线为轴线的圆周上；所述六组光纤输出模块输出光纤的端面各排成一圆环，分别设置在对应的光学成像系统的前方；所述六个光学系统的后方分别设置一个光楔作为偏转光学器件，使所述光纤端面的像向所述送料管轴方向偏转，并在送料管轴线上重合；所述重合像与送料管的送粉区重叠，用于高速激光熔覆。
[0013]进一步的，所述诸光纤输出激光模块分成两组，两个所述光学成像系统参数相同，光轴平行且位于同一平面；所述两组光纤输出模块输出光纤的端面按一定规律排列并分别设置在所对应光学成像系统的前方；在所述两光学成像系统的后方设置一送料管，送料管的轴线垂直于所述光学成像系统轴线所在平面，且距两轴线的距离相等；所述送料管或者输送粉状材料，或者输送丝状材料，或者输送条状材料；在两所述光学成像系统后方，送料管的两侧对称分别设置一个反射镜作为偏转光学器件，使所述光纤端面的像偏转约90度，
同时向送料管轴线方向偏转，并在送料管轴线上重合；所述重合像与送料管的送粉区重叠，用于孔内壁激光熔覆。
[0014]进一步的，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；各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；所述光学输出激光模块发出的光的波长是相同的，或者是不同的。
[0015]与现有技术相比，本技术至少具有以下有益效果，本技术提供的激光加工头，由于所采用聚焦镜头设计和加工简单，并且，本技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头，其特征是：包括N个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块对应的M个光学成像系统及与光学成像系统对应的P个光学偏转器件；其中：M大于等于2；M小于等于N；P小于等于M；所述M个光学成像系统的光轴平行；所述N个光纤输出激光模块分成M组，每组光纤输出激光模块的输出光纤端面设置在与之对应的所述光学成像系统的前方；所述光学偏转器件位于与之对应的所述光学成像系统的后方，所述光学偏转器件为光楔或者反射镜；所述光纤输出激光模块发出的光通过与之对应的所述光学成像系统及与之对应的光学偏转器件后，在光学成像系统后方形成复合光斑。2.根据权利要求1所述的一种基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头，其特征是：所述光纤输出激光模块输出光纤端面通过对应的光学系统及所述偏转器件后在像面成的像叠加在一起，形成一个单一的光斑；所述形成的单一的光斑区域的强度相同，或者光斑区域内中间功率高、边缘功率低，或者光斑区域内中间功率低，边缘功率高，该光斑用于激光切割、焊接等。3.根据权利要求1所述的一种基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头，其特征是：所述光纤输出激光模块输出光纤端面通过对应的光学系统及所述偏转器件后在像面成的像叠加在一起，形成分布在几个分离区域的光斑，用于激光焊接。4.根据权利要求1所述的一种基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头，其特征是：诸光纤输出激光模块分成两组，每组诸光纤输出激光模块各对应设置有一个光学成像系统，两个所述光学成像系统参数相同，两个所述光学成像系统的光轴位于同一平面且对称设置在一轴线的两侧，两组光纤输出激光模块输出光纤的端面各排成一列分别设置在所对应光学成像系统的前方，光纤端面排列方向与两光学系统轴线所在平面垂直；所述两光学系统的后方分别设置一个光楔作为偏转光学器件，使所述光纤端面的像在所述两光学系统光轴所在平面内向两光学成像系统轴线的对称轴方向偏转，并在中心对称轴线上重合；重合像形成一均匀条状光斑，用于激光淬火。5.根据权利要求1所述的一种基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头，其特征是：在诸光学成像系统之间设置一送料管，送料管的轴线与所述光学成像系统的轴线平行；所述送料管用于输送粉状材料、或者丝状材料或者条状材料；所述送料管的送料区域，与诸光纤输出激光模块发出的光通过与之对应的诸所述光学成像系统及相应的光学偏转器件后形成的光斑重叠，用于实现光学烧结加工。6.根据权利要求5所述的一种基于多个光纤输出模块和多通道光学系统的激光加工头，其特征是：所...

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