CN219542023U - 一种新型可变光斑激光切割头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种新型可变光斑激光切割头，包括沿光路方向依次布置的光纤输出器件、准直镜组件、无焦扩束变倍镜组件以及聚焦镜组件；所述无焦扩束变倍镜组件包括沿光路方向布置的前透镜、变倍透镜以及补偿透镜，所述前透镜的位置固定不动，所述变倍透镜和补偿透镜可沿光路方向进行往复移动，通过改变变倍透镜和/或补偿透镜的位置来改变所述无焦扩束变倍镜组件的扩束比。本实用新型通过在准直镜组件与聚焦镜组件之间加入基于伽利略负‑负‑正结构的无焦扩束变倍镜组件，可根据需求连续改变光学***倍率，扩束比连续可调，同时焦点位置保持不变，从而改变焦点光斑大小，焦点光斑大小连续可调，提升切割质量。

Description

一种新型可变光斑激光切割头

技术领域

本实用新型涉及激光切割设备技术领域，尤其涉及一种新型可变光斑激光切割头。

背景技术

激光切割是利用聚焦后的高功率密度激光照射材料，使得材料迅速熔化、气化，同时借助与光束同轴的高速气流吹出熔融物质，从而实现切割目的的一种新型加工手段。在激光切割时，光斑大小的调节对切割不同厚度的板材具有一定帮助。

薄板切割时一般采用光斑直径小且能量密度高的焦斑，得到的切缝窄，切割效率高，在高速切割中发挥重要作用；在进行厚板切割时，一般采用光斑直径大的焦斑，得到的切缝宽，有助于吹走熔融的金属材料，同时可以获得大的焦深，切割断面的垂直度好，可大幅度地提高切割质量。因此，在激光切割中，控制激光焦斑的大小和位置至关重要。

激光切割头内部光路通常包括两部分，包括用于准直光纤出射激光的准直镜组件和用于对平行光进行聚焦的聚焦镜组件，因此常用的两种变光斑的方式通常是改变聚焦镜组件的位置或者改变准直镜组件的位置。此外，还可以在现有的准直镜组件和聚焦镜组件之间加入无焦变倍扩束***，用于改变切割头光路的倍率。

虽然改变准直镜组件的位置可以改变光学***的倍率，但这种调焦方式会造成焦点位置的移动。在变焦过程中，可调范围中大约一半的焦点位于切割头内部，无法真正聚焦到工件表面。此外，这种调焦方式造成焦点行程过长，在喷嘴位置固定不动的情况下，存在烧喷嘴的风险。

此外，有人提出了一种在准直镜组件和聚焦镜组件之间加入无焦变倍扩束***的变倍方案。变倍过程中，焦点始终位于切割头喷嘴外部，且焦点位置不变。但这种基于开普勒结构的正-负-正无焦变倍扩束***存在体积长、可变倍率范围小的缺点。

为此，本申请人经过有益的探索和研究，找到了解决上述问题的方法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：针对现有技术的不足而提供一种体积小、可变倍率范围大的新型可变光斑激光切割头。

本实用新型所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现：

一种新型可变光斑激光切割头，包括沿光路方向依次布置的光纤输出器件、准直镜组件、无焦扩束变倍镜组件以及聚焦镜组件；其特征在于，

所述无焦扩束变倍镜组件包括沿光路方向布置的前透镜、变倍透镜以及补偿透镜，所述前透镜的位置固定不动，所述变倍透镜和补偿透镜可沿光路方向进行往复移动，通过改变变倍透镜和/或补偿透镜的位置来改变所述无焦扩束变倍镜组件的扩束比。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述前透镜和变倍透镜为单面凹透镜，所述补偿透镜为双面凸透镜。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述无焦扩束变倍镜组件的倍率可调范围为2.0X～6.0X。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述准直镜组件为单面凹透镜。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述聚焦镜组件包括沿光路方向布置的双面凸透镜和弯月透镜。

由于采用了如上技术方案，本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型通过在准直镜组件与聚焦镜组件之间加入基于伽利略负-负-正结构的无焦扩束变倍镜组件，可根据需求连续改变光学***倍率，扩束比连续可调，同时焦点位置保持不变，从而改变焦点光斑大小，焦点光斑大小连续可调，提升切割质量；

2.本实用新型的聚焦镜组件采用消像差设计用以补偿前组透镜产生的像差，用于消除自身引入的像差并补偿前组透镜产生的像差，可极大地减小波前畸变，并提升聚焦点的光束质量；

3.本实用新型的无焦扩束变倍镜组件采用模块化设计，具有体积小、结构紧凑、实用性强的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的无焦扩束变倍镜组件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1，图中给出的是一种新型可变光斑激光切割头，包括沿光路方向依次布置的光纤输出器件100、准直镜组件200、无焦扩束变倍镜组件300以及聚焦镜组件400。

光纤输出器件100用于将光纤输出的高功率激光发散后输出，降低输出端面的光功率密度，避免高功率激光对输出端面造成损伤。

准直镜组件200位于光纤输出器件100的后方，其用于将光纤输出器件100输出的发散光束准直为平行光束。在本实施例中，准直镜组件200为单面凹透镜。

无焦扩束变倍镜组件300包括沿光路方向布置的前透镜310、变倍透镜320以及补偿透镜330。前透镜310的位置固定不动，变倍透镜320和补偿透镜330可沿光路方向进行往复移动，通过改变变倍透镜320和/或补偿透镜330的位置来改变无焦扩束变倍镜组件300的扩束比，无焦扩束变倍镜组件300的倍率可调范围为2.0X～6.0X，可根据需求连续改变光学***倍率，同时焦点位置保持不变，从而改变焦点光斑大小，焦点光斑大小连续可调，提升切割质量。在本实施例中，前透镜310和变倍透镜320为单面凹透镜补偿透镜330为双面凸透镜。

此外，变倍透镜320和补偿透镜330通过机械凸轮连接，机械凸轮根据变焦曲线和补偿曲线设计而成。实际使用中通过转动机械凸轮，使得变倍透镜320沿变焦曲线移动，同时补偿透镜330沿补偿曲线移动，进而改变无焦扩束变倍镜组件300的焦距，从而改变整个光学***的倍率，同时保证输出光束始终具有良好的准直特性。机械凸轮机构是本领域常规设备，在此不再赘述。无焦扩束变倍镜组件300采用模块化结构，具有体积小、结构紧凑、实用性强的优点。

聚焦镜组件400位于无焦扩束变倍镜组件300的后方，其用于将无焦扩束变倍镜组件300发射的平行光束聚焦至特定位置。具体地，聚焦镜组件400包括沿光路方向依次布置的凸透镜410和弯月透镜420，其采用消像差设计，用于消除自身引入的像差并补偿前组透镜产生的像差，可极大地减小波前畸变，并提升聚焦点的光束质量。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种新型可变光斑激光切割头，包括沿光路方向依次布置的光纤输出器件、准直镜组件、无焦扩束变倍镜组件以及聚焦镜组件；其特征在于，

所述无焦扩束变倍镜组件包括沿光路方向布置的前透镜、变倍透镜以及补偿透镜，所述前透镜的位置固定不动，所述变倍透镜和补偿透镜可沿光路方向进行往复移动，通过改变变倍透镜和/或补偿透镜的位置来改变所述无焦扩束变倍镜组件的扩束比。

2.如权利要求1所述的新型可变光斑激光切割头，其特征在于，所述前透镜和变倍透镜为单面凹透镜，所述补偿透镜为双面凸透镜。

3.如权利要求1所述的新型可变光斑激光切割头，其特征在于，所述无焦扩束变倍镜组件的倍率可调范围为2.0X～6.0X。

4.如权利要求1所述的新型可变光斑激光切割头，其特征在于，所述准直镜组件为单面凹透镜。

5.如权利要求1所述的新型可变光斑激光切割头，其特征在于，所述聚焦镜组件包括沿光路方向布置的双面凸透镜和弯月透镜。