[實用新型]一種基于多分光橢球面鏡光內同軸送絲光學機構

有效

• 申請號: 201921801027.5
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN211680576U
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 邵華江;李思佳
• 申請（專利權）人: 上海嘉強自動化技術有限公司
• 主分類號: B23K26/70
• 分類號: B23K26/70;B23K26/067
• 代理公司: 北京權智天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11638
• 代理人: 李海燕

本實用新型公開了一種基于多分光橢球面鏡光內同軸送絲光學機構,包括多分光橢球面鏡，平面反射鏡，送絲結構，絲材，本實用新型結構設計新穎，基于多分光橢球面鏡對入射發散點光源分光聚焦特性，基于聚焦多分光束等角分布特性，配合送絲機構光內出絲同軸特性，可大幅提高送絲材料利用效率，激光加工速度，加工質量與一致性，適用于光纖激光器送絲激光加工，尤其適用于高功率光纖激光送絲焊接、送絲熔覆等激光加工工藝。

技術領域

本實用新型涉及光纖激光器送絲激光加工技術領域，具體為一種基于多分光橢球面鏡光內同軸送絲光學機構。

背景技術

激光加工技術涵蓋了激光切割、焊接、淬火、打孔、微加工等多種激光加工工藝，利用了激光與物質相互作用的基本特性。由于激光束具有與加工材料的非接觸性、加工速度快與質量優異等優勢，奠定了激光加工技術是一種無可替代的高新技術。

光纖激光器由于光纖柔韌性好、電光轉換效率高、體積較小等優勢，使得光纖激光器在工業激光加工的市場占有率日益突出。隨著中高功率光纖激光器價格的大幅降低，激光焊接、激光熔覆等也逐步獲得廣泛推廣。

送絲激光焊接、送絲激光熔覆在激光焊接與熔覆中十分常見，這里統稱為送絲激光加工。通常的送絲激光加工，大致可分為兩類，一類是旁軸送絲激光加工，一類是同軸送絲激光加工。

旁軸送絲激光加工，是指激光束垂直或近似垂直于加工基材，送絲采用相對于加工基材有銳角角度的側向送絲方式，送絲位置受激光束掃描方向的影響，這將導致送絲激光加工各向一致性差，送絲材料利用率低，加工速度緩慢且加工質量與一致性很難保證。

同軸送絲加工，是指送絲材料相對于加工基材垂直或基本垂直，激光束環繞送絲材料進行加工的方式。同軸送絲加工相對于旁軸送絲加工，有助于解決送絲材料利用率、加工速度與加工質量以及各向一致性問題。目前，同軸送絲加工主要包括環形光內送絲加工與分光光內送絲加工。

環形光內送絲加工，如專利公開號CN 101386111 A以及CN 104259461 A，大體是采用圓錐反射鏡將光束分為360°環形光束，環形光束經過環形拋物鏡聚焦，聚焦焦點為實心點，離焦部分則為空心的環形光束，問題在于送絲結構與環形光束會產生干涉，存在安全隱患；又如Precitec方案，光路依次是準直鏡、平反鏡、等厚凹凸軸錐透鏡、等厚凹凸二分光鏡、中空平反鏡、中空等厚凹凸二分光鏡以及中空聚焦鏡和中空保護鏡，雖然在保證環形光束的同時，解決了送絲結構與光束干涉問題，但該光路結構復雜，整形鏡片難加工并導致成本奇高，且與前面環形光學方案一樣，鏡片的安裝要求極高，給機械設計大幅增加難度。

分光光內送絲加工，如專利公開號CN 105499793 A，采用四分光透鏡將入射激光束分為四束光束后聚焦，再經中間帶有通孔的反射鏡反射，送絲機構由反射鏡通孔處送絲。其一定程度上解決了環形光內送絲方案環形光束能量分散的問題，且避免了送絲機構與激光束直接接觸而引起能量損失以及送絲機構發熱變形等問題。但問題在于，四分光鏡片在加工上極難保證鏡片兩邊的棱垂直度以及分光面的棱角一致性，更何況采用兩片四分光鏡，容易導致聚焦光束從理想的正方形分布變為棱形分布，四路分光束的聚焦焦點無法重合到一點，且無法校正回來。

基于上述各點，本實用新型提出一種基于多分光橢球面鏡光內同軸送絲光學方案，基于多分光橢球面鏡對入射發散點光源分光聚焦特性，基于聚焦多分光束等角分布特性，配合送絲機構光內出絲同軸特性，可大幅提高送絲材料利用效率、激光加工速度、加工質量與一致性，適用于光纖激光器送絲激光加工，尤其適用于高功率光纖激光送絲焊接、送絲熔覆等激光加工工藝。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種基于多分光橢球面鏡光內同軸送絲光學機構及其工作方法，以解決上述背景技術中提出的問題。