[實用新型]一種用于實現微孔錐度可調加工的光學系統

有效

• 申請號: 202022383957.2
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN213702246U
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 秦慶全;秦應雄;程明;童杰;段光前;龍宙;龍宇
• 申請（專利權）人: 武漢先河激光技術有限公司
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/046;B23K26/064;B23K26/70
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 徐瑛

本實用新型提供了一種用于實現微孔錐度可調加工的光學系統，包括沿光路依次設置的激光束整形單元、激光束偏轉單元和聚焦單元，其中，激光束整形單元、激光束偏轉單元和聚焦單元位于同一中軸線；激光束偏轉單元包括偏轉透鏡，偏轉透鏡的光束入射端端面為平面結構，其光束出射端端面為圓錐面，且圓錐面的母線與偏轉透鏡的光束入射端端面呈一定角度；聚焦單元和激光束偏轉單元的相對距離可調。該實用新型通過各個光學元件之間的配合，獲得能量分布在邊緣，可滿足不同孔徑和錐度的微孔的加工要求的環形激光束，有效解決了現有環形光斑半徑調節較小，難以滿足不同加工要求的問題。

技術領域

本實用新型屬于激光加工技術領域，具體涉及一種用于實現微孔錐度可調加工的光學系統。

背景技術

激光打孔在很多領域都有廣泛的應用，如何做到打出的孔符合需要的孔徑，達到想要的錐度，就是激光打孔需要考慮的主要問題。目前主流的打孔方式是旋切打孔方式，即使用光學裝置偏轉激光然后通過旋轉的方式來實現鉆孔，其使用的激光束主要為高斯分布，能量集中在中心區域，而在激光焊接、激光鉆孔、激光切割等加工領域，高斯光束并不能滿足所有的加工需求，過短焦深加工深孔以及切割材料時會出現較大的錐度和斜面，高斯分布的激光束邊緣區域的能量較弱，但依舊會對加工材料產生影響，在加工材料時會產生熱累積，進而造成加工邊緣存在毛刺，燒灼嚴重等問題。

使用環形光斑可以有效的解決這一問題，環形光斑相對于高斯分布的激光束，其能量均勻分布在邊緣，可以有效避免由于邊緣能量不足而產生加工邊緣不平整的情況。現有的產生環形光斑的技術主要有基于計算全息法產生組合環形光斑，計算全息原則上可以設計產生含組合環形光斑在內的任意光斑，但由于計算全息一般使用離軸一級衍射光，再加上損耗等因素，所以光能利用率較低，因而相對使用較少；另一種是采用基于光纖實現的可調光斑模式的激光器來產生組合環形光斑，這種方法在光纖內實現光斑分布模式的調節的難度和成本較大，由于無可調節的外部光路，在使用的靈活性、便捷性上有所欠缺。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服現有技術中環形光斑分布模式的調節的難度和成本較大，難以滿足不同加工要求的問題。

為此，本實用新型提供了一種用于實現微孔錐度可調加工的光學系統，包括沿光路依次設置的激光束整形單元、激光束偏轉單元和聚焦單元，其中，

所述激光束整形單元、激光束偏轉單元和聚焦單元位于同一中軸線，激光束沿此中軸線入射；

所述激光束整形單元用于對激光束進行整形，將入射的平行光束變為收束或者發散的光束，從而改變出射光斑大小；

所述激光束偏轉單元包括偏轉透鏡，所述偏轉透鏡的光束入射端端面為平面結構，其光束出射端端面為圓錐面，且圓錐面的旋轉軸與經激光束整形單元整形后的激光束中心重合，圓錐面的母線與偏轉透鏡的光束入射端端面呈一定角度；經激光束整形單元整形后的激光束由偏轉透鏡的平面端面入射，經圓錐面偏轉后使激光束的能量變為環形分布，并具有一定的偏轉角度；

所述聚焦單元用于對環形激光束進行聚焦，得到能量集中的環形光斑；所述聚焦單元和激光束偏轉單元的相對距離可調。

進一步的，在激光束整形單元之前還設置有激光器，該激光器出射光強呈高斯分布的平行激光束，且激光器和激光束整形單元之間還設置有用于使激光器出射的激光束沿激光束整形單元的中軸線射入的反射鏡，激光束的中心與激光束整形單元的中軸線重合。

進一步的，所述激光束整形單元包括一個固定的第一聚焦鏡和一個可沿光路方向來回移動的第二聚焦鏡，且第一聚焦鏡和第二聚焦鏡位于同一中軸線上。

進一步的，所述偏轉透鏡由圓柱體結構的透鏡一和圓錐結構的透鏡二組合構成，且透鏡二的圓錐底面與透鏡一的圓柱底面重合。

進一步的，所述聚焦單元包括配合使用的透鏡組。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果：