[發明專利]一種光斑可變的激光切割頭、切割設備及切割方法

在審

• 申請號: 202111108521.5
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113681154A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 李若濤;常勇
• 申請（專利權）人: 廣東宏石激光技術股份有限公司
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/073;B23K26/38;B23K26/70
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司 44302
• 代理人: 董覺非;張凱

1.一種光斑可變的激光切割頭(10)，包括發射端(11)、第一透鏡(12)和第二透鏡(13)，所述第一透鏡(12)位于發射端(11)和第二透鏡(13)之間，其特征在于：還包括第一振子(16)，所述第一振子(16)與第二透鏡(13)連接，所述發射端(11)發射激光光束穿過第一透鏡(12)和第二透鏡(13)照射到工件表面形成光斑(31)，所述第一透鏡(12)用于將光束準直形成平行光束，所述光斑(31)的直徑為d2，

其中d(core)為發射端(11)處的光束直徑，f_focus為第二透鏡(13)與光斑(31)之間的距離，f_col.lens為發射端(11)與第一透鏡(12)之間的距離，α為第一振子(16)振動的振幅。

2.根據權利要求2所述的光斑可變的激光切割頭(10)，其特征在于：還包括第二振子(17)，所述第二振子(17)與第二透鏡(13)連接。

3.根據權利要求2所述的光斑可變的激光切割頭(10)，其特征在于：所述第一振子(16)和第二振子(17)位于第二透鏡(13)的徑向上的一側。

4.根據權利要求2所述的光斑可變的激光切割頭(10)，其特征在于：所述第一振子(16)和第二振子(17)沿第二透鏡(13)邊緣排布，所述第一振子(16)和第二振子(17)呈90°夾角。

5.根據權利要求2所述的光斑可變的激光切割頭(10)，其特征在于：所述第一振子(16)和第二振子(17)的振幅α為0.1um～50um，所述第一振子(16)和第二振子(17)的振動頻率為20kHz～50kHz。

6.根據權利要求2所述的光斑可變的激光切割頭(10)，其特征在于：所述第二透鏡(13)通過第一彈性件(18)和第二彈性件(19)分別與第一振子(16)和第二振子(17)連接，所述第一彈性件(18)兩端分別與第二透鏡(13)和第一振子(16)固定連接，所述第二彈性件(19)兩端分別與第二透鏡(13)和第二振子(17)固定連接。

7.根據權利要求2所述的光斑可變的激光切割頭(10)，其特征在于：第一透鏡(12)為準直鏡，所述第二透鏡(13)為聚焦鏡。

8.一種光斑可變的切割設備，包括機床工作臺(21)、龍門架(22)和激光器(23)，所述龍門架(22)與機床工作臺(21)滑動連接，其特征在于：還包括權利要求1～7任一項所述的光斑可變的激光切割頭(10)，所述光斑可變的激光切割頭(10)安裝在龍門架(22)上，所述激光器(23)與光斑可變的激光切割頭(10)之間設有傳導光纖(24)，所述傳導光纖(24)兩端分別與激光器(23)和光斑可變的激光切割頭(10)連接。

9.一種光斑可變的切割方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、發射激光光束：發射端(11)發射激光光束穿過第一透鏡(12)和第二透鏡(13)照射到工件表面形成光斑(31)；

S2、調整光斑(31)：第一振子(16)和第二振子(17)帶動第二透鏡(13)振動調整光斑(31)直徑d2，

其中d(core)為發射端(11)處的光束直徑，f_focus為第二透鏡(13)與光斑(31)之間的距離，f_col.1ens為發射端(11)與第一透鏡(12)之間的距離，α為第一振子(16)和第二振子(17)振動的振幅；

S3、切割工件：激光照射工件使工件熔融。

10.一種光斑可變的切割方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、發射激光光束：發射端(11)發射激光光束穿過第一透鏡(12)和第二透鏡(13)照射到工件表面形成光斑(31)；

S2、調整光斑(31)：第一振子(16)和第二振子(17)帶動第二透鏡(13)振動，所述第一振子(16)振動的振幅大于第二振子(17)振動的振幅，所述第一振子(16)和第二振子(17)振動的頻率相同，光斑(31)在第一振子(16)振動方向上的寬度為d2₁，

光斑(31)在第二振子(17)振動方向上的寬度為d2₂，

其中d(core)為發射端(11)處的光束直徑，f_focus為第二透鏡(13)與光斑(31)之間的距離，f_col.lens為發射端(11)與第一透鏡(12)之間的距離，α₁為第一振子(16)振動的振幅，α₂為第二振子(17)振動的振幅；

S3、切割工件：激光照射工件使工件熔融。