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CN110315202B - 一种用于激光切割的光学模组 - Google Patents

一种用于激光切割的光学模组 Download PDF

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CN110315202B CN201910554417.5A CN201910554417A CN110315202B CN 110315202 B CN110315202 B CN 110315202B CN 201910554417 A CN201910554417 A CN 201910554417A CN 110315202 B CN110315202 B CN 110315202B
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Abstract

本发明公开了一种用于激光切割的光学模组，包括准直模组、分光模组、调光镜模组和水导座，所述准直模组的一侧设置有分光模组，所述分光模组的一侧设置有调光镜模组，所述调光镜模组的一侧均匀设置有水导座，所述准直模组包括光纤水冷块下板，所述光纤水冷块下板的外部对应开设有通孔，光纤水冷块下板的内壁向内凹陷有第一冷却水槽，且通孔与第一冷却水槽相贯通，所述光纤水冷块下板的内部通过螺纹连接有水冷连接块，所述水冷连接块的内部插接有QBH光纤标准件，所述QBH光纤标准件与水冷连接块之间设置有密封压环，所述水冷连接块的内壁分别通过卡接固定有双凸透镜和双月镜片，本发明，具有切割效率高和能切割复杂图样的特点。

Description

一种用于激光切割的光学模组
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域，具体为一种用于激光切割的光学模组。
背景技术
激光加工作为一种新型材料加工技术，在各行各业都得到了广泛应用。激光切割具有切缝窄、粗糙程度低热影响区小的特点，用于以金属材料加工为主的切割领域。水导激光切割是通过一定的耦合装置，将激光束耦合在一条极细的水柱中，通过细水柱引导激光达到切割区域。由于水柱具有流动性，可以随时将切割产生的热量和熔渣带走，切口平整且无飞溅，具有广阔的应用前景。
水导切割速度通常只有常规调光镜切割的几十分之一，在大批量切割精密元器件时，由于只有一条激光柱，切割头来回走动耗费大量时间，不利于实际生产中进行推广；且切割模组在吸收和处理激光的过程中，会吸收激光的能量导致模组发热，常规的风冷散热不能直接针对镜片散热，散热效果差，长时间使用时由于材料受热变形，影响切割精度。因此，设计切割效率高和的一种用于激光切割的光学模组是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于激光切割的光学模组，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于激光切割的光学模组，包括准直模组、分光模组、调光镜模组和水导座，所述准直模组的一侧设置有分光模组，所述分光模组的一侧设置有调光镜模组，所述调光镜模组的一侧均匀设置有水导座，该激光切割模组结构紧凑，将各模组整合到一体，实现模块化安装拆卸，方便更换其中的某个模组。
进一步的，所述准直模组包括光纤水冷块下板，所述光纤水冷块下板的外部对应开设有通孔，光纤水冷块下板的内壁向内凹陷有第一冷却水槽，且通孔与第一冷却水槽相贯通，所述光纤水冷块下板的内部通过螺纹连接有水冷连接块，所述水冷连接块的内部插接有QBH光纤标准件，所述QBH光纤标准件与水冷连接块之间设置有密封压环，所述水冷连接块的内壁分别通过卡接固定有双凸透镜和双月镜片，且双凸透镜的底部与双月镜片相接触，所述双月镜片的底部设置有分光镜组锁紧环，所述光纤水冷块下板的底部内壁通过螺纹连接有下锁紧环，密封压环用于防止结构松动破坏光纤，水流通过外界管道流入光纤水冷块下板的一个通孔，进入第一冷却水槽中，起到对双凸透镜和双月镜片的冷却作用，防止工作过程中温度过高损坏元件，在从另一个通孔流出，下锁紧环用于加固整个模块并对QBH光纤标准件进行锁紧，双凸透镜和双月镜片利用折射原理，用于对光纤输出的发散式的激光进行准直，激光束通过后变为平行光束，便于后续加工。
进一步的，所述分光模组包括外壳体，所述外壳体的顶部开设有通孔，且外壳体的顶部与光纤水冷块下板通过螺栓固定，所述外壳体的内壁通过螺纹连接有水冷内套，所述水冷内套的外部开设有第二冷却水槽，水流通过通孔进入第二冷却水槽中，带走水冷内套的热量。
进一步的，所述水冷内套的内壁分别通过卡接固定有相位延迟波片和沃拉斯顿棱镜，且相位延迟波片的底部与沃拉斯顿棱镜相接触，所述水冷内套的内壁通过螺纹连接有调光镜组锁紧环，所述调光镜组锁紧环的内壁通过卡接固定有双折射楔形棱镜，所述调光镜组锁紧环的底部内壁通过螺纹连接有棱镜锁紧环，所述棱镜锁紧环的顶部与双折射楔形棱镜相接触，由于入射端的激光器为四波长激光器，从光纤内部射出的激光为四种不同波长，相位延迟波片使第一种波长λ1的激光偏振态保持不变，第二种λ2的偏振转动90°，第三种λ3偏振转动180°，第四种λ4转动了270°，如图6所示，沃拉斯顿棱镜将光束按角度分离成四束，后又经过双折射楔形棱镜将光线转为平行光，双折射楔形棱镜可以设计成单片或两个棱镜胶合在一起，该棱镜的折射角度经过选择。
进一步的，所述调光镜模组包括矩形壳体，所述矩形壳体的顶部与外壳体通过螺栓固定，所述矩形壳体的一侧均匀开设有通孔，且各通孔的连线与双折射楔形棱镜的直径所在直线相平行，所述矩形壳体的侧壁安装有若干个第二电机，所述第二电机的输出轴连接有第二调光镜，所述矩形壳体的顶部内壁安装有第一电机，所述第一电机的输出轴连接有第一调光镜，所述矩形壳体的底部均匀安装有场镜，场镜用于在不改变系统光学特性的前提下改变成像光束位置；第一电机和第二电机分别用于驱动第一调光镜和第二调光镜转动一定角度以根据将要切割的形状改变激光的出射方向。
进一步的，所述场镜、第二调光镜和第一调光镜的数量为四个，由于激光束被分为四束，每一束激光都需要单独进行调整角度和左右位置，适应不同切割图案。
进一步的，所述水导座的中心线与场镜为同一条直线，所述水导座的中心处开设有通孔，且通孔内设置有透光镜，所述水导座的两侧开设有进水道，所述水导座的底部设置有出水道，所述水导座的顶部圆周面均匀设置有电动推杆，所述电动推杆与水导座的底部外壁通过铰链活动连接，从场镜出射的激光经过透光镜进入水导座内部，进水道与外部高压水流连接，水流加压后从从出水道向外射出，四个电动推杆通过伸缩作用调整水导座的角度，调整角度的方法为对角线上的两个电动推杆其中一个伸长另一个缩短。
进一步的，所述电动推杆、第二电机和第一电机均与外部电源和控制系统电联接，通过控制系统驱动第二电机和第一电机运转，改变激光的斜度后，另一方面控制系统驱动四个电动推杆伸缩，使出水道的中心线与激光束为同一条直线，使水柱能够包覆在激光的外部。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有分光模组，利用光波相位延迟原理，将不同波长的复合光波分成四束；通过设置有调光镜模组，可以根据切割路径，调整四束激光的角度和位置，通过在水导座的四周设置电动推杆，可以根据激光角度调整水导座的角度，使激光始终能够被水柱包覆，使得该光学模组具有能切割复杂图样的特点。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的准直模组爆炸图；
图3是本发明的准直模组正面剖视结构示意图；
图4是本发明的分光模组爆炸图；
图5是本发明的分光模组正面剖视结构示意图；
图6是本发明的分光模组原理图；
图7是本发明的调光镜模组剖视结构示意图；
图8是本发明的水导座示意图；
图9是本发明的水导座与电动推杆安装示意图；
图中：1、准直模组；2、分光模组；3、调光镜模组；4、水导座；5、光纤；11、QBH光纤标准件；12、密封压环；13、水冷连接块；14、光纤水冷块下板；141、第一冷却水槽；15、双凸透镜；16、双月镜片；17、分光镜组锁紧环；18、下锁紧环；21、外壳体；22、水冷内套；221、第二冷却水槽；23、相位延迟波片；24、沃拉斯顿棱镜；25、调光镜组锁紧环；26、双折射楔形棱镜；27、棱镜锁紧环；31、矩形壳体；32、第一电机；33、第二电机；34、第一调光镜；35、第二调光镜；36、场镜；41、进水道；42、出水道；43、透光镜；44、电动推杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-9，本发明提供技术方案：一种用于激光切割的光学模组，包括准直模组1、分光模组2、调光镜模组3和水导座4，准直模组1的一侧设置有分光模组2，分光模组2的一侧设置有调光镜模组3，调光镜模组3的一侧均匀设置有水导座4，该激光切割模组结构紧凑，将各模组整合到一体，实现模块化安装拆卸，方便更换其中的某个模组；
准直模组1包括光纤水冷块下板14，光纤水冷块下板14的外部对应开设有通孔，光纤水冷块下板14的内壁向内凹陷有第一冷却水槽141，且通孔与第一冷却水槽141相贯通，光纤水冷块下板14的内部通过螺纹连接有水冷连接块13，水冷连接块13的内部插接有QBH光纤标准件11，QBH光纤标准件11与水冷连接块13之间设置有密封压环12，水冷连接块13的内壁分别通过卡接固定有双凸透镜15和双月镜片16，且双凸透镜15的底部与双月镜片16相接触，双月镜片16的底部设置有分光镜组锁紧环17，光纤水冷块下板14的底部内壁通过螺纹连接有下锁紧环18，图中密封压环12用于防止结构松动破坏光纤5，水流通过外界管道流入光纤水冷块下板14的一个通孔，进入第一冷却水槽141中，起到对双凸透镜15和双月镜片16的冷却作用，防止工作过程中温度过高损坏元件，在从另一个通孔流出，下锁紧环18用于加固整个模块并对QBH光纤标准件11进行锁紧，双凸透镜15和双月镜片16利用折射原理，用于对光纤5输出的发散式的激光进行准直，激光束通过后变为平行光束，便于后续加工；
分光模组2包括外壳体21，外壳体21的顶部开设有通孔，且外壳体21的顶部与光纤水冷块下板14通过螺栓固定，外壳体21的内壁通过螺纹连接有水冷内套22，水冷内套22的外部开设有第二冷却水槽221，水流通过通孔进入第二冷却水槽221中，带走水冷内套22的热量；
水冷内套22的内壁分别通过卡接固定有相位延迟波片23和沃拉斯顿棱镜24，且相位延迟波片23的底部与沃拉斯顿棱镜24相接触，水冷内套22的内壁通过螺纹连接有调光镜组锁紧环25，调光镜组锁紧环25的内壁通过卡接固定有双折射楔形棱镜26，调光镜组锁紧环25的底部内壁通过螺纹连接有棱镜锁紧环27，棱镜锁紧环27的顶部与双折射楔形棱镜26相接触，由于入射端的激光器为四波长激光器，从光纤5内部射出的激光为四种不同波长，相位延迟波片23使第一种波长λ1的激光偏振态保持不变，第二种λ2的偏振转动90°，第三种λ3偏振转动180°，第四种λ4转动了270°，如图6所示，沃拉斯顿棱镜24将光束按角度分离成四束，后又经过双折射楔形棱镜26将光线转为平行光，双折射楔形棱镜26可以设计成单片或两个棱镜胶合在一起，该棱镜的折射角度经过选择；
调光镜模组3包括矩形壳体31，矩形壳体31的顶部与外壳体21通过螺栓固定，矩形壳体31的一侧均匀开设有通孔，且各通孔的连线与双折射楔形棱镜26的直径所在直线相平行，矩形壳体31的侧壁安装有若干个第二电机33，第二电机33的输出轴连接有第二调光镜35，矩形壳体31的顶部内壁安装有第一电机32，第一电机32的输出轴连接有第一调光镜34，矩形壳体31的底部均匀安装有场镜36，场镜36用于在不改变系统光学特性的前提下改变成像光束位置；第一电机32和第二电机33分别用于驱动第一调光镜34和第二调光镜35转动一定角度以根据将要切割的形状改变激光的出射方向；
场镜36、第二调光镜35和第一调光镜34的数量为四个，由于激光束被分为四束，每一束激光都需要单独进行调整角度和左右位置，适应不同切割图案；
水导座4的中心线与场镜36为同一条直线，水导座4的中心处开设有通孔，且通孔内设置有透光镜43，水导座4的两侧开设有进水道41，水导座4的底部设置有出水道42，水导座4的顶部圆周面均匀设置有电动推杆44，电动推杆44与水导座4的底部外壁通过铰链活动连接，从场镜36出射的激光经过透光镜43进入水导座4内部，进水道41与外部高压水流连接，水流加压后从从出水道42向外射出，四个电动推杆44通过伸缩作用调整水导座4的角度，调整角度的方法为对角线上的两个电动推杆44其中一个伸长另一个缩短；
电动推杆44、第二电机33和第一电机32均与外部电源和控制系统电联接，当需要调整激光的切割角度和相对位置时，通过控制系统驱动第二电机33和第一电机32运转，改变激光的斜度后，另一方面控制系统驱动四个电动推杆44伸缩，使出水道42的中心线与激光束为同一条直线，使水柱能够包覆在激光的外部；
实施例:该激光切割模组结构紧凑，将各模组整合到一体，实现模块化安装拆卸，方便更换其中的某个模组；水流通过外界管道流入光纤水冷块下板14的一个通孔，进入第一冷却水槽141中，起到对双凸透镜15和双月镜片16的冷却作用，防止工作过程中温度过高损坏元件，在从另一个通孔流出，下锁紧环18用于加固整个模块并对QBH光纤标准件11进行锁紧，双凸透镜15和双月镜片16利用折射原理，用于对光纤5输出的发散式的激光进行准直，激光束通过后变为平行光束，便于后续加工；水流通过通孔进入第二冷却水槽221中，带走水冷内套22的热量；由于入射端的激光器为四波长激光器，从光纤5内部射出的激光为四种不同波长，相位延迟波片23使第一种波长λ1的激光偏振态保持不变，第二种λ2的偏振转动90°，第三种λ3偏振转动180°，第四种λ4转动了270°，如图6所示，沃拉斯顿棱镜24将光束按角度分离成四束，后又经过双折射楔形棱镜26将光线转为平行光，双折射楔形棱镜26可以设计成单片或两个棱镜胶合在一起，该棱镜的折射角度经过选择；场镜36用于在不改变系统光学特性的前提下改变成像光束位置；第一电机32和第二电机33分别用于驱动第一调光镜34和第二调光镜35转动一定角度以根据将要切割的形状改变激光的出射方向；从场镜36出射的激光经过透光镜43进入水导座4内部，进水道41与外部高压水流连接，水流加压后从从出水道42向外射出，四个电动推杆44通过伸缩作用调整水导座4的角度，调整角度的方法为对角线上的两个电动推杆44其中一个伸长另一个缩短；当需要调整激光的切割角度和相对位置时，通过控制系统驱动第二电机33和第一电机32运转，改变激光的斜度后，另一方面控制系统驱动四个电动推杆44伸缩，使出水道42的中心线与激光束为同一条直线，使水柱能够包覆在激光的外部。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于激光切割的光学模组，包括准直模组(1)、分光模组(2)、调光镜模组(3)和水导座(4)，其特征在于：所述准直模组(1)的一侧设置有分光模组(2)，所述分光模组(2)的一侧设置有调光镜模组(3)，所述调光镜模组(3)的一侧均匀设置有水导座(4)；
所述准直模组(1)包括光纤水冷块下板(14)，所述光纤水冷块下板(14)的外部对应开设有通孔，光纤水冷块下板(14)的内壁向内凹陷有第一冷却水槽(141)，且通孔与第一冷却水槽(141)相贯通，所述光纤水冷块下板(14)的内部通过螺纹连接有水冷连接块(13)，所述水冷连接块(13)的内部插接有QBH光纤标准件(11)，所述QBH光纤标准件(11)与水冷连接块(13)之间设置有密封压环(12)，所述水冷连接块(13)的内壁分别通过卡接固定有双凸透镜(15)和双月镜片(16)，且双凸透镜(15)的底部与双月镜片(16)相接触，所述双月镜片(16)的底部设置有分光镜组锁紧环(17)，所述光纤水冷块下板(14)的底部内壁通过螺纹连接有下锁紧环(18)；
所述分光模组(2)包括外壳体(21)，所述外壳体(21)的顶部开设有通孔，且外壳体(21)的顶部与光纤水冷块下板(14)通过螺栓固定，所述外壳体(21)的内壁通过螺纹连接有水冷内套(22)，所述水冷内套(22)的外部开设有第二冷却水槽(221)；
所述水冷内套(22)的内壁分别通过卡接固定有相位延迟波片(23)和沃拉斯顿棱镜(24)，且相位延迟波片(23)的底部与沃拉斯顿棱镜(24)相接触，所述水冷内套(22)的内壁通过螺纹连接有调光镜组锁紧环(25)，所述调光镜组锁紧环(25)的内壁通过卡接固定有双折射楔形棱镜(26)，所述调光镜组锁紧环(25)的底部内壁通过螺纹连接有棱镜锁紧环(27)，所述棱镜锁紧环(27)的顶部与双折射楔形棱镜(26)相接触。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的光学模组，其特征在于：所述调光镜模组(3)包括矩形壳体(31)，所述矩形壳体(31)的顶部与外壳体(21)通过螺栓固定，所述矩形壳体(31)的一侧均匀开设有通孔，且各通孔的连线与双折射楔形棱镜(26)的直径所在直线相平行，所述矩形壳体(31)的侧壁安装有若干个第二电机(33)，所述第二电机(33)的输出轴连接有第二调光镜(35)，所述矩形壳体(31)的顶部内壁安装有第一电机(32)，所述第一电机(32)的输出轴连接有第一调光镜(34)，所述矩形壳体(31)的底部均匀安装有场镜(36)。
3.根据权利要求2所述的一种用于激光切割的光学模组，其特征在于：所述场镜(36)、第二调光镜(35)和第一调光镜(34)的数量为四个。
4.根据权利要求2所述的一种用于激光切割的光学模组，其特征在于：所述水导座(4)的中心线与场镜(36)为同一条直线，所述水导座(4)的中心处开设有通孔，且通孔内设置有透光镜(43)，所述水导座(4)的两侧开设有进水道(41)，所述水导座(4)的底部设置有出水道(42)，所述水导座(4)的顶部圆周面均匀设置有电动推杆(44)，所述电动推杆(44)与水导座(4)的底部外壁通过铰链活动连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于激光切割的光学模组，其特征在于：所述电动推杆(44)、第二电机(33)和第一电机(32)均与外部电源和控制系统电联接。
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