[發明專利]一種用于激光加工的聲光雙焦點鏡頭及激光加工系統

在審

• 申請號: 202010700865.4
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111958108A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 王海林;陳涵天;董靜;朱曉;朱廣志
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/067
• 分類號: B23K26/067;B23K26/064;B23K26/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種用于激光加工的聲光雙焦點鏡頭以及激光加工系統，屬于激光加工領域，包括：布拉格聲光調制器，用于使沿光軸入射的激光束在聲光作用下發生衍射，并輸出與入射的激光束方向一致的0級衍射光束，以及偏轉角為θ(θ≠0)的1級衍射光束；與聲光調制器同軸設置且位于其后的聚焦透鏡，用于將聲光調制器輸出的兩個光束分別聚焦于待加工表面；與所述聲光調制器相連的驅動信號源，用于向聲光調制器注入射頻信號，以控制聲光調制器內部的聲光作用，從而控制兩個光束的能量分布，和/或控制兩個光束聚焦后兩個焦點的間距。本發明能夠精確、靈活地控制分光所得兩個光束的能量分布以及兩個焦點的間距，并且輸出高質量的加工光束。

技術領域

本發明屬于激光加工領域，更具體地，涉及一種用于激光加工的聲光雙焦點鏡頭及激光加工系統。

背景技術

隨著激光技術與應用的不斷發展，激光加工已經成為了先進制造技術的重要組成部分，相比于傳統的單焦點激光加工系統，雙焦點的加工系統能調整能量分布及作用區域，在實際應用中具有更高的加工效率和質量，因此其應用也愈加的廣泛。

雙焦點加工系統促進了雙光束焊接的發展，提高了焊接過程可靠性與穩定性，可減小熱應力和焊接氣孔率，適合非金屬焊接、高速焊和復合焊。具體的，串列雙光束焊接可改善表面成型，減小飛濺、縮孔以及咬邊等缺陷，降低冷卻速度，改善接頭組織性能；并列雙光束焊接可降低對間隙、對中、錯邊的敏感度，適合不等厚度焊接。

為了實現雙焦點加工，需要首先將入射的激光束分為兩個光束，傳統的雙焦點鏡頭主要采用空間分光。空間分光是通過較為復雜的光學結構組合進行分光，然而該方法獲得的兩焦點相對位置以及能量分布通常是不易改變的，一般需要外加機械結構進行微調，且由于該方法需要把一個光斑切割為兩半，最終輸出光斑大多不規則，缺少一定的靈活性。例如公開號為CN103111755A的專利申請文件中公開了一種非軸向雙焦點加工系統，采用分光鏡、凸面鏡以及聚焦鏡可獲得可調的第二焦點，然而引入分光鏡等光學元件會增加系統的復雜度和額外成本，并且極容易引入誤差。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種用于激光加工的聲光雙焦點鏡頭及激光加工系統，其目的在于，解決現有的雙焦點鏡頭因依賴于復雜的光學系統而導致的系統復雜、成本高且易引入誤差的問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種應用于激光加工的聲光雙焦點鏡頭，包括：聲光調制器、聚焦透鏡以及驅動信號源；聲光調制器和聚焦透鏡同軸設置，且聲光調制器設置于聚焦透鏡之前；驅動信號源與聲光調制器相連；

聲光調制器為布拉格聲光調制器；聲光調制器用于使沿光軸入射的激光束在聲光作用下發生衍射，并輸出與入射的激光束方向一致的0級衍射光束，以及偏轉角為θ的1級衍射光束，分別作為第一光束和第二光束；θ≠0；

聚焦透鏡用于將聲光調制器輸出的第一光束和第二光束分別聚焦于待加工表面，聚焦后的焦點分別為第一焦點和第二焦點；

驅動信號源用于向聲光調制器注入射頻信號，以控制聲光調制器內部的聲光作用，從而控制第一光束和第二光束的能量分布，和/或控制第一焦點和第二焦點的間距。