CN104191086A - 光线加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光线加工装置，包括用于产生光线的光学系统，光线用于加工工件；用于容纳工件的密封腔体，密封腔体包括由透明材料制成的透光部，以使光学系统发出的光线由透光部射入密封腔体的内部并作用于工件。本发明的光线加工装置使用非接触式加工方式，减少有毒材料对加工人员的危害。加工过程完全在密封腔体内部进行，能够很好地保护密封腔体外部的操作人员，最终达到降低成本和提升安全性的目的。本发明的光线加工装置可以对密封腔体内部的工件进行加工处理，避免氧化，氮化反应发生，控制有害物相生成，并提高整个工作过程中的安全性。

Description

光线加工装置
技术领域
本发明涉及金属加工领域，特别涉及一种光线加工装置。
背景技术
伴随着激光快速制造技术及加工技术的发展，加工不同材料所需求的加工环境的限制也越来越严格。
在空气环境中进行相关激光加工会导致氧化、氮化现象的发生，从而生成杂质物相，严重影响材料或器件性能。鉴于此，目前加工钛合金材料(如TC4成型)一般在Ar舱中进行。但Ar舱成本较高，主要应用于科研方向，不适用于商业生产领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、安全高效、加工成本低的光线加工装置。
本发明的光线加工装置，包括：
用于产生光线的光学系统，所述光线用于加工工件；
用于容纳工件的密封腔体，所述密封腔体包括由透明材料制成的透光部，以使所述光学系统发出的光线由所述透光部射入所述密封腔体的内部并作用于所述工件。
本发明的光线加工装置，其中，还包括设置于所述密封腔体的内部的用于会聚光线的聚光部，所述光线在所述密封腔体的内部被所述聚光部会聚后作用于所述工件。
本发明的光线加工装置，其中，所述聚光部为凸透镜。
本发明的光线加工装置，其中，所述透光部为所述密封腔体的顶壁，所述凸透镜连接于所述顶壁的内表面上。
本发明的光线加工装置，其中，所述凸透镜的入光侧为平面，所述凸透镜的出光侧为凸面，所述凸透镜的入光侧连接于所述顶壁的内表面上。
本发明的光线加工装置，其中，所述光学系统包括用于发射所述光线的光源以及用于对所述光线进行扩束的扩束镜，所述扩束镜设置于所述光源与所述密封腔体之间。
本发明的光线加工装置，其中，所述光源与所述扩束镜之间设置有反射镜，所述反射镜将所述光源发出的所述光线反射至所述扩束镜。
本发明的光线加工装置，其中，所述光源为激光发射装置，所述光线为激光。
本发明的光线加工装置，其中，所述扩束镜与所述密封腔体之间设置有准直镜，经所述准直镜准直后，所述光线透过所述准直镜射入所述密封腔体。
本发明的光线加工装置，其中，所述密封腔体的内部设置有用于夹持所述工件的夹持机构，所述夹持机构为轴联机床或机器人手臂。
本发明的光线加工装置可减少光反射过程中带来的危险，加工过程完全在密封腔体内部进行，能够很好地保护密封腔体外部的操作人员，最终达到降低成本和提升安全性的目的。
本发明的光线加工装置可以对密封腔体内部的工件进行加工处理，避免氧化，氮化反应发生，控制有害物相生成，并提高整个工作过程中的安全性。
附图说明
图1为本发明的光线加工装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的光线加工装置，包括：
用于产生光线的光学系统10，上述光线用于加工工件1；
用于容纳工件1的密封腔体20，密封腔体20包括由透明材料制成的透光部21，以使光学系统10发出的光线由透光部21射入密封腔体20的内部并作用于工件1。
本发明的光线加工装置，其中，还包括设置于密封腔体20的内部的用于会聚光线的聚光部22，光线在密封腔体20的内部被聚光部22会聚后作用于工件1。
本发明的光线加工装置，其中，聚光部22为凸透镜。
本发明的光线加工装置，其中，透光部21为密封腔体20的顶壁，上述凸透镜连接于上述顶壁的内表面上。
本发明的光线加工装置，其中，上述凸透镜的入光侧2为平面，上述凸透镜的出光侧3为凸面，上述凸透镜的入光侧2连接于上述顶壁的内表面上。
本发明的光线加工装置，其中，光学系统10包括用于发射光线的光源11以及用于对光线进行扩束的扩束镜12，扩束镜12设置于光源11与密封腔体20之间。
本发明的光线加工装置，其中，光源11与扩束镜12之间设置有反射镜13，反射镜13用于将光源11发出的光线反射至扩束镜12。
本发明的光线加工装置，其中，光源11为激光发射装置，上述光线为激光。
本发明的光线加工装置，其中，扩束镜12与密封腔体20之间设置有准直镜14，经准直镜14准直后，光线透过准直镜14射入密封腔体20。
本发明的光线加工装置，其中，密封腔体20的内部设置有用于夹持工件1的夹持机构，夹持机构为轴联机床或机器人手臂，夹持机构可以夹持工件1上下、左右自由移动。
本发明的光线加工装置对激光传输过程进行调整，配合高光透过率的密封腔体20的光学特性，在密封腔体20外部直接对密封腔体20内处于真空或Ar气状态下的材料或仪器进行加工，达到替代Ar仓，降低加工成本的目的。
本发明的光线加工装置可减少光反射过程中带来的危险，加工过程完全在密封腔体20的内部进行，能够很好地保护外部操作人员，最终达到降低成本和提升安全性的目的。
本发明的光线加工装置可在在密封腔体20的内部配合使用轴联机床或机器人手臂以支承或夹持工件，以保证在整个加工过程中激光加工的稳定性。在加工过程中，保证激光由出射端到工件表面的总光程不变，这样能很好地保证光的均匀性，由于密封腔体20的顶部设计为凸透镜，使得扩束后的激光可以透过并于密封腔体20的内部聚焦，调节密封腔体20内部的装卡工具的上下位置可以确定光斑大小，进而对材料及器件(工件)进行加工，凸透镜的纵向中心线位置处为加工最佳区域，可以通过调节轴联机床或机器人手臂保证工件始终在最佳工作区域内，然后进行密封状态下的非接触式激光加工。
密封腔体20的顶壁的材料使用高光透过率玻璃制成，顶壁下部为特定曲率形式凸透镜，当激光通过扩束入射到密封腔体20的顶壁时，顶壁对扩束后激光进行聚焦处理，通过调节整体激光传输光路，可以控制激光焦点位置处光斑的大小，并对处于密封腔体20内部的工件进行加工处理，避免氧化，氮化反应发生，控制有害物相生成，并提高整个工作过程中的安全性。
密封腔体20的材料可以选择为玻璃，便于外部操作人员观察、控制密封腔体内加工的进行。
设定密封腔体20的顶壁的凸透镜的曲率半径为37mm，并使用软件对光束传输过程进行仿真，光路最后的聚焦镜等效为密封箱顶部的凸透镜，结果显示光斑质量良好。
本发明的光线加工装置，其中，光学系统10相应光路图如图1中空心箭头所示，激光通过反射、扩束、准直、最后通过密封腔体20的顶壁的凸透镜进入密封腔体20的内部。通过对光斑大小调节、控制激光功率密度，完成加工过程。
本发明的光线加工装置，通过传输、放大、准直、聚焦来优化激光在整个加工系统中的传输过程，在加工过程中通过配套轴联机床控制激光出射位置，确保高质量的完成加工过程。
以上所述仅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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光线加工装置，其特征在于，包括：
用于产生光线的光学系统，所述光线用于加工工件；
用于容纳工件的密封腔体，所述密封腔体包括由透明材料制成的透光部，以使所述光学系统发出的光线由所述透光部射入所述密封腔体的内部并作用于所述工件。
2.根据权利要求1所述的光线加工装置，其特征在于，还包括设置于所述密封腔体的内部的用于会聚光线的聚光部，所述光线在所述密封腔体的内部被所述聚光部会聚后作用于所述工件。
3.根据权利要求2所述的光线加工装置，其特征在于，所述聚光部为凸透镜。
4.根据权利要求3所述的光线加工装置，其特征在于，所述透光部为所述密封腔体的顶壁，所述凸透镜连接于所述顶壁的内表面上。
5.根据权利要求4所述的光线加工装置，其特征在于，所述凸透镜的入光侧为平面，所述凸透镜的出光侧为凸面，所述凸透镜的入光侧连接于所述顶壁的内表面上。
6.根据权利要求1所述的光线加工装置，其特征在于，所述光学系统包括用于发射所述光线的光源以及用于对所述光线进行扩束的扩束镜，所述扩束镜设置于所述光源与所述密封腔体之间。
7.根据权利要求6所述的光线加工装置，其特征在于，所述光源与所述扩束镜之间设置有反射镜，所述反射镜将所述光源发出的所述光线反射至所述扩束镜。
8.根据权利要求1所述的光线加工装置，其特征在于，所述光源为激光发射装置，所述光线为激光。
9.根据权利要求6所述的光线加工装置，其特征在于，所述扩束镜与所述密封腔体之间设置有准直镜，经所述准直镜准直后，所述光线透过所述准直镜射入所述密封腔体。
10.根据权利要求1所述的光线加工装置，其特征在于，所述密封腔体的内部设置有用于夹持所述工件的夹持机构，所述夹持机构为轴联机床或机器人手臂。
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