CN102520525B - 光束变换装置及使用该装置的激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一光束变换装置，其包括光束导入镜片、光束切换组件，以及分列于光束切换组件两侧的第一光束导出镜片和第二光束导出镜片，光束切换组件包括镜片组和用于切换镜片组的切换机构；光束导入镜片将光束投射到光束切换组件上，使光束经镜片组完全反射到第一光束导出镜片上，形成第一光路；或经镜片组完全透射到第二光束导出镜片上，形成第二光路；或经镜片组均分成两束光，其中一束光反射到第一光束导出镜片上，形成第一光路，另一束光透过分光镜，投射到第二光束导出镜片上，形成第二光路，通过切换机构切换镜片组，从而对第一光路和第二光路进行切换。使用上述光束变换装置可灵活切换第一、第二光路。另，本发明还提供一种激光加工设备。

Description

光束变换装置及使用该装置的激光加工设备

技术领域

本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种光束变换装置及使用该装置的激光加工设备。

背景技术

激光加工技术以其高效、环保、节能等优势被应用在越来越多的领域，包括激光切割，激光标记，激光焊接等方面。随着激光加工技术的发展，人们对高速度、低成本的加工需求也越来越迫切。

传统的激光加工设备大多数采用一个激光发生器配一个激光加工头，这种模式会受限于加工范围和加工速度，需要增加设备、人员和场地来进行弥补，因此会导致成本较高。为了解决成本较高和加工效率低的缺陷，可在激光发生器后增加一个激光光束分光装置，每个分光束配一个激光加工头，从而提高了加工效率，降低加工成本。值得注意的是，由于分光的作用，必然降低每个激光加工头的激光功率，在要求高功率的激光加工中，显然单纯的分光会出现激光束功率不足的问题。如何实现单加工头和两个加工头之间的灵活切换，以满足激光加工的多样性需求，是当前迫切需要解决的一个问题。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种光束变换装置及使用该装置的激光加工设备，可方便地实现单个加工头和两个加工头之间的灵活切换。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种光束变换装置，其包括光束导入镜片、光束切换组件，以及分列于所述光束切换组件两侧的第一光束导出镜片和第二光束导出镜片，所述光束切换组件包括镜片组和用于切换所述镜片组的切换机构；所述光束导入镜片将光束投射到所述光束切换组件上，使所述光束经所述镜片组完全反射到所述第一光束导出镜片上，形成第一光路；或经所述镜片组完全透射到所述第二光束导出镜片上，形成第二光路；或经所述镜片组均分成两束光，其中一束光反射到所述第一光束导出镜片上，形成所述第一光路，另一束光透过所述分光镜，投射到所述第二光束导出镜片上，形成所述第二光路，通过所述切换机构切换所述镜片组，从而对所述第一光路和第二光路进行切换。

其中，所述光束导入镜片、第一光束导出镜片和第二光束导出镜片为反光镜。

所述光束切换组件中的至少两个镜片包括分光镜、反射镜和透射镜三种镜片中的任两种组合，或三种镜片组合。

所述光束切换组件中的切换机构包括带动镜片移动的传动装置。

所述传动装置包括固定座、电机、曲柄连杆机构、镜座和滑动导轨，所述电机及所述滑动导轨固定于所述固定座上，所述镜座滑动连接于所述滑动导轨上，所述电机通过所述曲柄连杆机构与所述镜座连接，带动所述镜座所述滑动导轨上滑动。

所述光束变换装置包括控制开关组件，所述控制开关组件包括限位块、微动开关，所述限位块固定于所述镜座上，所述微动开关固定于所述固定架上，且位于所述限位块的两侧，所述微动开关与所述电机电连接；当所述镜座在所述滑动导轨上滑动时，所述镜座带动所述限位块分别触发所述微动开关，控制所述电机停止。

所述镜片组包括反射镜及分光镜，所述光束导入镜片将光束投射到所述光束切换组件上，所述切换机构切换所述反射镜及分光镜，使所述光束通过所述反射镜反射到所述第一光束导出镜片上，并由所述第一光束导出镜片将所述光束射出，形成所述第一光路或使所述光束通过光束导入镜片反射到所述分光镜上后，再通过所述分光镜将所述光束分成两束光，其中一束光由所述分光镜反射到所述第一光束导出镜片上，形成所述第一光路，另一束光透过所述分光镜后，投射到第二光束导出镜片上，并由该第二光束导出镜片射出，形成所述第二光路。

所述反射镜用一透射镜代替，所述光束导入镜片导入的光束透过所述透射镜，投射到第二光束导出镜片上，并由该第二光束导出镜片射出，形成所述第二光路。

所述镜片组还包括透射镜，所述切换机构切换所述反射镜、分光镜及透射镜，所述光束导入镜片导入的光束透过所述透射镜，投射到第二光束导出镜片上，并由该第二光束导出镜片射出，形成所述第二光路。

相应的，本发明还提供一种激光加工设备，包括激光发生器、第一激光加工头和第二激光加工头，其特征在于：还包括上述光束变换装置，所述激光发生器发出激光束，所述激光束经所述光束变换装置后，形成所述第一光路和/或第二光路；所述第一光路中的激光束通过所述第一光束导出镜片反射到所述第一激光加工头，所述第二光路中的激光束通过所述第二光束导出镜片反射到所述第二激光加工头。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例通过在激光加工装置中设置光束变换装置，使激光加工装置可以在单个加工头和两个加工头之间随意切换，以满足不同情形的加工需求。当加工需要高功率的激光时，采用单个加工头进行加工，将激光发生器产生的激光全部集中成一束，以提供高功率激光；当加工不需要高功率的激光时，可以通过切换装置，将激光束切换成两束，采用两个加工头同时进行加工，从而大大地提高了加工速度，减少了加工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例中光束变换装置的示意图；

图2a是图1中的光束变换装置的第一使用状态的光路示意图；

图2b是图1中的光束变换装置的第二使用状态图的光路示意图；

图2c是图1中的光束变换装置的第三使用状态图的光路示意图；

图2d是图1中的光束变换装置的第四使用状态图的光路示意图；

图3a是本发明第二实施例中镜片切换机构的正面结构示意图；

图3b是图3a中的镜片切换机构的背面结构示意图；

图4是本发明第三实施例中激光加工设备的光路示意图。

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。

实施例一：

请参阅图1所示，本实施例提供一种光束变换装置100，其包括光束导入镜片10、光束切换组件20以及分列于该光束切换组件20两侧的第一光束导出镜片30和第二光束导出镜片40。光束切换组件20包括镜片组及镜片切换机构23。所述镜片组包括反射镜21及分光镜22。所述镜片切换机构23用于将反射镜21和分光镜22来回切换。本实施例的光束变换装置100，可以使光束导入镜片10将某一光束导入，然后通过上述镜片切换机构23将分光镜22或反射镜21切换到光路当中，以将该光束分成两束，并经两条光路射出，或者使该光束改变行进路线，以满足各种不同的需要。

图2a～图2d示出了利用本实施例的光束变换装置100对光束的行进路线进行变换的原理。

如图2a所示，当所述镜片切换机构23将所述反射镜21切换到光路当中时，光束导入镜片10将光束50导入，并将其投射到上述光束切换组件20上，使该光束50通过反射镜21反射到第一光束导出镜片30上，并由该第一光束导出镜片30将光束50射出，从而形成第一光路L1；或者，如图2b所示，切换上述镜片切换机构20，将分光镜22置于光路中，使上述光束50通过光束导入镜片10反射到分光镜22上后，再通过分光镜22将其分成两束光，其中一束光由分光镜22反射到第一光束导出镜片30上，也形成上述第一光路L1，另一束光透过分光镜22后，投射到第二光束导出镜片40上，并由该第二光束导出镜片40射出，从而形成第二光路L2。

上述两种方案可以使光束50导入后，经第一光路L1，由第一光束导出镜片30射出，或者将其分成两束，分别经第一光路L1和第二光路L2，由第一光束导出镜片30和第二光束导出镜片40同时射出，以改变光束50的行进路线。但是，如何才能使光束50仅从第二光束导出镜片40中射出呢？本实施例的光束变换装置100同样可以解决这一问题。

参照图2c所示，本实施例采用透射镜24替代上述反射镜21时，也可以实现对光束50的行进路线进行变换的功能。此时，光束50导入后，经第二光路L2，由第二光束导出镜片40射出，也可以将其分成两束，经第一光路L1和第二光路L2，分别由第一光束导出镜片30和第二光束导出镜片40同时射出，不同的是，光束50不能仅经第一光路由第一光束导出镜片30射出。

参照图2d所示，本实施例采用透射镜24替代上述分光镜22时，也可以实现对光束50的行进路线进行变换的功能。光束导入镜片10将光束50导入，并将其投射到上述光束切换组件20上，使该光束50通过反射镜21反射到第一光束导出镜片30上，并由该第一光束导出镜片30将光束50射出，从而形成第一光路L1；或者，切换上述镜片切换机构20，将透射镜24置于光路中，使上述光束50通过光束导入镜片10反射到所述透射镜24上，光束透过所述透射镜24后，投射到第二光束导出镜片40上，并由该第二光束导出镜片40射出，从而形成第二光路L2。不同的是，光束50不能同时由第一光束导出镜片30和第二光束导出镜片40同时射出。

在本发明其它实施例中，也可以在镜片切换机构20中再设置一块透射镜24，设置方式与反光镜21和分光镜22相同。在进行镜片切换的过程中，透射镜24以同样的方式被切换到光路当中，此时，光束50经上述光束导入镜片10反射到该透射镜24上后，透过该透射镜24并投射到第二光束导出镜片40上，形成第二光路L2，从而实现了使光束50仅从第二光束导出镜片40中射出的目的。

因此，本实施例的光束变换装置100可以应用于各种场合，例如，当光束50为可见光时，可以应用于光谱分析研究等；当光束50为激光时，可以应用于激光加工设备等，使激光束可以变换到任一光路当中，以满足实际加工生产的需要。

实施例二：

请一并参照图3a和图3b，基于实施例一，本实施例提供再一种镜片切换机构23，用于将上述反射镜21、分光镜22或者透射镜24切换到光路当中，以改变光束50的行进路线。

本实施例的镜片切换机构23包括一固定架231及安装于该固定架231上的电机232和镜座233，电机232通过一曲柄连杆机构236与镜座233联接，带动镜座233在固定架231内沿一条滑轨234滑动。

具体地，反射镜21和分光镜22(若镜片切换机构23中设有透射镜24，则还包括透射镜24)以直线排列的方式，保持相同的入射角安装在镜座233上。镜座233通过滑轨234活动地设置在固定架231上，且滑轨234与反射镜21和分光镜22(或包括透射镜24)所处的直线相平行。电机232通过一机架235被固定在上述固定架231上，其转轴上设有曲柄连杆机构236，且该曲柄连杆机构236的连杆与镜座233枢接，从而当电机232启动时，转轴可以通过曲柄连杆机构236带动镜座233沿上述滑轨234相对于固定架231滑动。若将镜片切换装置23放置在某一光路中，则随着电机232的的转动，镜座233将会在滑轨234中往复运动，反射镜21、分光镜22和透射镜24也将分别进入到光路中，实现切换镜片的功能。

为了能使上述反射镜21和分光镜2(或包括透射镜)进行入预定位置后能自动停止，本实施例的镜片切换机构23中还设置有限位块237，该限位块237固定于镜座233上，而在该限位块237的左右两侧分别设置有微动开关238，当镜座233在滑轨234内滑动时，其带动限位块237运动并分别触发左右两侧的微动开关238，使电机232停止，从而使该位置上的反射镜21、分光镜22或透射镜24处于光路当中。

本实施例的镜片切换机构23，可以自动控制安装在镜座233上的反射镜21、分光镜22和透射镜24的位置，使得镜片切换过程变得非常简单和方便。

实施例三：

基于实施例一或实施例二，本实施例提供一种使用上述光束变换装置的激光加工设备。

参照图4所示，该激光加工设备200主要包括激光发生器201、上述光束变换装置100、相互平行设置的第一激光加工头202和第二激光加工头203。激光发生器201发出激光束，激光束经光束变换装置100后，形成第一光路L1和/或第二光路L2。第一光路L1中，激光束通过第一光束导出镜片30反射到第一激光加工头202，第二光路L2中，激光束通过第二光束导出镜片40反射到第二激光加工头203。对于第一光路L1和第二光路L2的描述，请参考实施例一，此处不再赘述。

当镜片切换机构23中只设置有反射镜21和分光镜22时，若将反光镜21切换到光路中，则激光束经光束变换装置100后，经第一光路L1由第一光束导出镜片30反射到第一激光加工头202内，此时，可以使用第一激光加工头202进行加工作业。若将分光镜22切换到光路中，则激光束经第一光路L1和第二光路L2同时射出，并由第一光束导出镜片30和第二光束导出镜片40分别反射到第一激光加工头202和第二激光加工头203内，此时，可以同时使用第一激光加工头202和第二激光加工头203进行加工作业。但是，由于激光束被分成两束，因此，第一激光加工头202和第二激光加工头处203的激光束功率较低，适用于对加工功率要求不高的情形。

当镜片切换机构23中只设置有分光镜22和透射镜24时，若将透射镜24切换到光路中，则激光束经光束变换装置100后，经第二光路L2由第二光束导出镜片40反射到第二激光加工头203内，此时，可以使用第二激光加工头203进行加工作业。若将分光镜22切换到光路中，则激光束经第一光路L1和第二光路L2同时射出，由第一光束导出镜片30和第二光束导出镜片40分别反射到第一激光加工头202和第二激光加工头203内，此时，可以同时使用第一激光加工头202和第二激光加工头203进行加工作业。

当镜片切换机构23中同时设置有反射镜21、分光镜22和透射镜24时，综合上述两种情形可以知道，此时第一激光加工头202和第二激光加工头203既可以同时使用，又可以仅使用其中任意一个，可以根据实际的加工需要进行选择。

本实施例的激光加工设备200，可以通过调节镜片切换机构23，使反射镜21、分光镜22或透射镜24处于光路当中，即可实现同时使用两个激光加工头，或者仅使用第一激光加工头202或第二激光加工头203，以满足实际生产加工的需要。而且，通过调节两个激光加工头内激光束的功率比，使得加工质量保持稳定如一，从而提高产品质量，加快生产速度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光束变换装置，其特征在于：其包括光束导入镜片、光束切换组件，以及分列于所述光束切换组件两侧的第一光束导出镜片和第二光束导出镜片，所述光束切换组件包括镜片组和用于切换所述镜片组的切换机构；所述光束切换组件中的切换机构包括带动镜片移动的传动装置，所述传动装置包括固定座、电机、曲柄连杆机构、镜座和滑动导轨，所述电机及所述滑动导轨固定于所述固定座上，所述镜座滑动连接于所述滑动导轨上，所述电机通过所述曲柄连杆机构与所述镜座连接，带动所述镜座所述滑动导轨上滑动，所述镜片组包括反射镜及分光镜，反射镜和分光镜以直线排列的方式，保持相同的入射角安装在镜座上，所述光束导入镜片将光束投射到所述光束切换组件上，使所述光束经所述镜片组完全反射到所述第一光束导出镜片上，形成第一光路；或经所述镜片组完全透射到所述第二光束导出镜片上，形成第二光路；或经所述镜片组均分成两束光，其中一束光反射到所述第一光束导出镜片上，形成所述第一光路，另一束光透过所述分光镜，投射到所述第二光束导出镜片上，形成所述第二光路，通过所述切换机构切换所述镜片组，从而对所述第一光路和第二光路进行切换。

2.如权利要求1所述的光束变换装置，其特征在于：所述光束导入镜片、第一光束导出镜片和第二光束导出镜片为反光镜。

3.如权利要求1所述的光束变换装置，其特征在于：所述光束切换组件中的至少两个镜片包括分光镜、反射镜和透射镜三种镜片中的任两种组合，或三种镜片组合。

4.如权利要求1所述的光束变换装置，其特征在于：所述光束变换装置包括控制开关组件，所述控制开关组件包括限位块、微动开关，所述限位块固定于所述镜座上，所述微动开关固定于所述固定架上，且位于所述限位块的两侧，所述微动开关与所述电机电连接；当所述镜座在所述滑动导轨上滑动时，所述镜座带动所述限位块分别触发所述微动开关，控制所述电机停止。

5.如权利要求1～4中任一项所述的光束变换装置，其特征在于：所述光束导入镜片将光束投射到所述光束切换组件上，所述切换机构切换所述反射镜及分光镜，使所述光束通过所述反射镜反射到所述第一光束导出镜片上，并由所述第一光束导出镜片将所述光束射出，形成所述第一光路或使所述光束通过光束导入镜片反射到所述分光镜上后，再通过所述分光镜将所述光束分成两束光，其中一束光由所述分光镜反射到所述第一光束导出镜片上，形成所述第一光路，另一束光透过所述分光镜后，投射到第二光束导出镜片上，并由该第二光束导出镜片射出，形成所述第二光路。

6.如权利要求5所述的光束变换装置，其特征在于：所述反射镜用一透射镜代替，所述光束导入镜片导入的光束透过所述透射镜，投射到第二光束导出镜片上，并由该第二光束导出镜片射出，形成所述第二光路。

7.如权利要求5所述的光束变换装置，其特征在于：所述镜片组还包括透射镜，所述切换机构切换所述反射镜、分光镜及透射镜，所述光束导入镜片导入的光束透过所述透射镜，投射到第二光束导出镜片上，并由该第二光束导出镜片射出，形成所述第二光路。

8.一种激光加工设备，包括激光发生器、第一激光加工头和第二激光加工头，其特征在于：还包括如权利要求1～7中任一项所述的光束变换装置，所述激光发生器发出激光束，所述激光束经所述光束变换装置后，形成所述第一光路和/或第二光路；所述第一光路中的激光束通过所述第一光束导出镜片反射到所述第一激光加工头，所述第二光路中的激光束通过所述第二光束导出镜片反射到所述第二激光加工头。