CN103439795A - 激光切割装置及其光斑调节组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光切割装置及其光斑调节组件，光斑调节组件包括支架、反射镜、分光镜及两个相互平行且间隔设置的透镜。激光光束照射分光镜时，部分光线透射，部分光线反射到反射镜上。光线经过多次在分光镜和反射镜之间反射，透过分光镜的光线形成多组平行的射出光线。由于光束间能量成特定比例分布，故使得光斑的能量分布更加合理。经分光镜透射的多组激光光束从入射面入射时，透镜会在沿入射面准线的方向对激光光束起到汇集作用。由两个透镜的入射面的直母线垂直。因此，通过两个透镜的激光光束在两个垂直的方向被压缩。通过滑动透镜可改变两个透镜的高度，进而实现光斑大小的调节。

Description

激光切割装置及其光斑调节组件

技术领域

本发明涉及激光应用技术，特别是涉及一种激光切割装置及其光斑调节组件。

背景技术

传统的玻璃切割采用机械方法，随着市场需求的不断增加，制造业对产能、成品率和玻璃质量的要求越来越高，机械方法已经越来越不适合目前的工艺要求。激光切割玻璃不会产生微裂纹，大大提高了良率，而且省去了后续的打磨工艺。激光切割不但提高产能，而且增加了出产效率。因此，激光玻璃切割技术已经成为未来的发展方向，在不久的未来将全面取代现有的机械切割工艺。

随着行业的不断发展，对玻璃切割的质量也在不断的提高。其中，影响切割质量的一个重要因素是激光光斑的形状、尺寸及光斑的能量分布。然而，在传统的激光切割装置中，固定功率的激光光束的光斑及能量大小是固定的，若需要改变激光的光斑形状及能量，则需要移动激光器或者调节激光器的功率。因此，传统的激光切割装置改变光斑尺寸及能量极不方便。

发明内容

基于此，有必要提供一种可方便调节光斑尺寸、并改善光斑的能量分布的激光切割装置及其光斑调节组件。

一种光斑调节组件，包括：

支架，起支撑作用；

反射镜，安装于所述支架上，所述反射镜具有反光面；

分光镜，安装于所述支架上，所述分光镜可将入射光线分为反射光线及透射光线，所述分光镜与所述反光镜相互平行且间隔设置，所述分光镜位于所述反射镜设有反光面的一侧；及

两个透镜，可滑动地设于所述支架上，所述两个透镜相互平行且间隔设置，两个所述透镜位于所述分光镜远离所述反射镜的一侧，所述透镜包括：

入射面，所述入射面为向外凸出的柱面，所述柱面以一直线为直母线，并以一段圆弧为准线；

出射面，所述出射面为平面，并与所述入射面相对设置；

连接所述入射面与所述出射面的侧面；

其中，所述两个透镜沿其光轴可滑动，且所述两个透镜的入射面均朝向所述分光镜，其中一个所述透镜的入射面的直母线与另一个所述透镜的入射面的直母线垂直。

在其中一个实施例中，所述反射镜在所述分光镜所在平面上的垂直投影，至少部分与所述分光镜重叠。

在其中一个实施例中，所述反射镜包括硅基材，以及镀设于所述硅基材的一侧，以形成所述反光面的高反膜。

在其中一个实施例中，所述分光镜上镀设有分光膜，所述分光膜位于所述分光镜靠近所述反射镜的一侧。

在其中一个实施例中，所述分光镜及所述透镜均由玻璃或树脂制成。

在其中一个实施例中，所述反射镜、所述分光镜及所述透镜的形状为圆形或矩形。

在其中一个实施例中，所述反射镜及所述分光镜均可拆卸地安装于所述支架上。

一种激光切割装置，包括：

如上述优选实施例中任一项所述的光斑调节组件；及

激光发射器，固定于所述支架上，所述激光发射器位于所述反射镜背向所述分光镜的一侧。

与传统的激光切割装置相比，上述激光切割装置及其光斑调节组件具有至少如下优点：

1、当激光光束以预设角度照射分光镜时，部分光线透射，部分光线反射到反射镜上。光线经过多次在分光镜和反射镜之间反射，透过分光镜的光线形成多组平行的射出光线。由于光束间能量成特定比例分布，故使得光斑的能量分布更加合理。因此，在采用激光切割装置切割时，可根据需要选择合适能量的光斑，进而提高了切割的良率；

2、由于光斑调节组件将激光光束分成多组平行的光束，故可以利用多组平行的光束同时进行切割，从而提高了切割效率；

3、经分光镜透射的多组激光光束从入射面入射时，透镜会在沿入射面准线的方向对激光光束起到汇集作用。由于激光光束需依次通过两个平行设置的透镜，且两个透镜的入射面的直母线垂直。因此，通过两个透镜的激光光束在两个垂直的方向被压缩。通过滑动透镜可改变两个透镜的高度，进而实现光斑大小的调节。而且，透镜滑动所改变的距离是连续变化的，可精确实现极小的位移，从而使得调节的精准度也大大提高。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中激光切割装置的结构示意图；

图2为图1所示激光切割装置中激光光束经过分光镜及反射镜的光路图；

图3为图1所示激光切割装置中透镜的结构示意图；

图4为图3所示透镜沿入射面的准线方向的截面图；

图5为图3所示透镜沿入射面的直母线方向的截面图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明较佳实施例中的激光切割装置10包括光斑调节组件100及激光发射器101。其中，分光组件100包括支架110、反射镜120、分光镜130及透镜140。

支架110可由不锈钢、铜、铝合金等金属制成，也可由木材制成。支架110起支撑作用。此外，支架110还可用于固定产生激光光束的激光发射器101。

反射镜120安装于支架110上，反射镜120具有反光面121。在本实施例中，反射镜120包括硅基材（图未示），以及镀设于硅基材的一侧，以形成反光面121的高反膜（图未示）。高反膜可提高反射镜120的反射效率，降低能量损耗。可以理解，在其他实施例中，还可通过在普通玻璃的表面涂覆水银，以形成反射镜120。

请一并参阅图2，分光镜130安装于支架110上，分光镜130可将入射光线分为反射光线及透射光线两个部分。分光镜130与反光镜相互平行且间隔设置，分光镜130位于反射镜120设有反光面121的一侧。分光镜130具有特定的分光比，分光比即为透射光线与反射光线的比例。当激光光束以预设角度射向分光镜130时，一部分光线透射，另一部光线反射至反射镜120的反射面121，光线经过多次在分光镜130和反射面121之间反射，透过分光镜130的光线形成多组平行的射出光线。因此，分光组件100可将沿预设角度入射的激光光束分成多组平行的光束，且光束间能量成特定比例分布，从而使得激光光斑的能量分布更加合理。

在本实施例中，分光镜130上镀设有分光膜（图未示），分光膜位于分光镜130靠近反射镜120的一侧。不同的分光膜具有不同的分光比，分光比决定多组平行光束的能量分布。因此，通过镀设不同分光比的分光膜，可使多组平行光束的能量分布比例不同。

进一步的，在本实施例中，反射镜120及分光镜130均可拆卸地安装于支架110上。因此，可方便对反射镜120及分光镜130进行更换，当对激光光束的能量分布有特殊要求时，可根据所需的能量分布的情况，选择具有合适分光比的分光镜130。

在本实施例中，分光镜130由玻璃或树脂制成。可以理解，上述两种材料为常见且容易获取的用于制备分光镜130的材料，在其他实施例中，其他类别的光学材质也可用于制备分光镜130。

在本实施例中，反射镜120在分光镜130所在平面上的垂直投影，至少部分与分光镜130重叠。因此，可使激光光束在反光面121与分光镜130之间进行多次反射，从而得到多组平行的光束。

在本实施例中，反射镜120及分光镜130的形状为圆形或矩形。可以理解，在其他实施例中，反射镜120及分光镜130的形状还可为其他自由形状。

透镜140为两个，均可滑动地设于支架110上。两个透镜140相互平行且间隔设置，两个透镜位140于分光镜130远离反射镜120的一侧。激光光束从分光镜130出射后，可射向透镜140。

请一并参阅图3，透镜140包括入射面141、出射面143及侧面145。

入射面141为向外突出的柱面，柱面以一直线为直母线，并以一段圆弧为准线。出射面143为平面，并与入射面141相对设置。侧面145用于连接入射面141与出射面143。侧面145的形状根据透镜140的整体形状不同而变化，可为多个平面的组合、多个曲面的组合已经平面与曲面的组合。

在本实施例中，透镜140由玻璃或树脂制成。玻璃和树脂具有良好的光学性质，且不易被损坏。可以理解，在其他实施例中，塑料以及其他一切透明的光学材料均可用于制作透镜140。

在本实施例中，透镜140的形状为圆形或矩形。圆形和矩形属于规则形状，便于透镜140的安装和制备。可以理解，在其他实施例中，透镜140还可为三角形、多边形或者不规则的形状，透镜140只需满足其入射面141为柱面，出射面143为平面即可。

如图4及图5所示，沿透镜140入射面141的直母线方向进行截面，截得入射面141为直线。因此，在沿透镜140入射面141的直母线方向，透镜140相当于平面镜。当激光光束从入射面141入射时，不会在入射面141的直母线方向上发生汇集或发散。沿透镜140入射面141的准线方向进行截面，截得入射面141为向外突出的弧线。因此，在沿透镜140入射面141的准线方向，透镜140相当于凸透镜，对光线有汇集作用。当激光光束从入射面141入射，会在沿入射面141的准线方向发生汇集。

两个透镜140沿其光轴的方向滑动。两个透镜140相互平行，且其中一个透镜140的入射面的直母线与另一个透镜140的入射面的直母线垂直。当激光切割装置100用于切割时，从分光镜130出射的激光光束依次穿过两个平行设置的透镜140。

激光光束通过第一个透镜140时，沿该透镜140准线方向分布的光线相当于穿过凸透镜，故激光光束在沿该透镜140的准线方向上被压缩。接着，从出射面143出射的激光光束从第二个透镜140的入射面141入射。同理，激光光束通过第二个透镜140时，激光光束在沿该透镜140的准线方向上被压缩。由于两个透镜140的直母线垂直，故沿两个透镜140的准线方向也垂直。因此，通过两个透镜140的激光光束在两个垂直的方向被压缩，从而使得激光光束的光斑尺寸发生改变。

进一步的，根据光线折射的原理，透镜140距离切割点的位置不同，则到导致切割点处光斑的尺寸不同。具体的，在透镜140的焦距范围内，透镜140距离切割点的距离越小，则光斑尺寸越大；透镜140距离切割点的距离越大，则光斑尺寸越小。因此，沿支架110滑动透镜140，可实现对光斑尺寸的调节。

使用激光切割装置100进行切割，当需要调节光斑尺寸时，通过滑动透镜140即可实现。而且，透镜140沿支架110滑动所改变的距离是连续变化的，可精确实现极小的位移，从而使得调节的精准度也大大提高。

激光发射器101可为气体激光器、固体激光器、半导体激光器或染料激光器。激光发射器101固定于支架110上。激光发射器101位于反射镜120背向所述分光镜130的一侧。激光发射器101发出的激光光束可以一定角度射向分光镜130，进而通过多次反射得到多组平行的光束。进一步的，激光发射器101的出光角度可调，以使得激光光束能以不同的角度射向分光镜130。

与传统的激光切割装置相比，激光切割装置10及其光斑调节组件100具有至少如下优点：

1、当激光光束以预设角度照射分光镜130时，部分光线透射，部分光线反射到反射镜120上。光线经过多次在分光镜130和反射镜120之间反射，透过分光镜130的光线形成多组平行的射出光线。由于光束间能量成特定比例分布，故使得光斑的能量分布更加合理。因此，在采用激光切割装置10切割时，可根据需要选择合适能量的光斑，进而提高了切割的良率；

2、由于光斑调节组件100将激光光束分成多组平行的光束，故可以利用多组平行的光束同时进行切割，从而提高了切割效率；

3、激光光束从入射面141入射时，透镜会在沿入射面141准线的方向对激光光束起到汇集作用。由于激光光束需依次通过两个平行设置的透镜140，且两个透镜140的直母线垂直。因此，通过两个透镜140的激光光束在两个垂直的方向被压缩。通过滑动透镜140可改变两个透镜140的高度，进而实现光斑大小的调节。而且，透镜140滑动所改变的距离是连续变化的，可精确实现极小的位移，从而使得调节的精准度也大大提高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种光斑调节组件，其特征在于，包括：

支架，起支撑作用；

反射镜，安装于所述支架上，所述反射镜具有反光面；

分光镜，安装于所述支架上，所述分光镜可将入射光线分为反射光线及透射光线，所述分光镜与所述反光镜相互平行且间隔设置，所述分光镜位于所述反射镜设有反光面的一侧；及

两个透镜，可滑动地设于所述支架上，所述两个透镜相互平行且间隔设置，两个所述透镜位于所述分光镜远离所述反射镜的一侧，所述透镜包括：

入射面，所述入射面为向外凸出的柱面，所述柱面以一直线为直母线，并以一段圆弧为准线；

出射面，所述出射面为平面，并与所述入射面相对设置；

连接所述入射面与所述出射面的侧面；

其中，所述两个透镜沿其光轴可滑动，且所述两个透镜的入射面均朝向所述分光镜，其中一个所述透镜的入射面的直母线与另一个所述透镜的入射面的直母线垂直。

2.根据权利要求1所述的光斑调节组件，其特征在于，所述反射镜在所述分光镜所在平面上的垂直投影，至少部分与所述分光镜重叠。

3.根据权利要求1所述的光斑调节组件，其特征在于，所述反射镜包括硅基材，以及镀设于所述硅基材的一侧，以形成所述反光面的高反膜。

4.根据权利要求2所述的光斑调节组件，其特征在于，所述分光镜上镀设有分光膜，所述分光膜位于所述分光镜靠近所述反射镜的一侧。

5.根据权利要求1所述的光斑调节组件，其特征在于，所述分光镜及所述透镜均由玻璃或树脂制成。

6.根据权利要求1所述的光斑调节组件，其特征在于，所述反射镜、所述分光镜及所述透镜的形状为圆形或矩形。

7.根据权利要求1所述的光斑调节组件，其特征在于，所述反射镜及所述分光镜均可拆卸地安装于所述支架上。

8.一种激光切割装置，其特征在于，包括：

如上述权利要求1～7任一项所述的光斑调节组件；及

激光发射器，固定于所述支架上，所述激光发射器位于所述反射镜背向所述分光镜的一侧。

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