CN105397312B - 一种光纤激光高效加工头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，公开了一种光纤激光高效加工头。该加工头包括主壳体、光学组件、支撑组件、连接组件和气嘴组件，其中光学组件通过支撑组件安装在主壳体上，气嘴组件设置在主壳体下方，两者之间通过连接组件连接；激光束由主壳体顶部两侧进入主壳体内腔，由光学组件聚焦反射后穿过连接组件进入气嘴组件，从气嘴组件底部穿出后作用在待加工材料上。本发明能够同时切割两条缝线或者加工两个小孔，且当缝线间距或小孔间距改变时通过调节两个激光束焦点间距也能实现可靠加工，即加工效率高、可靠，适合于密集缝线、密集群孔的加工。

Description

一种光纤激光高效加工头

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及激光精密切割、打孔技术领域，更具体的说，特别涉及一种光纤激光高效加工头。

背景技术

激光由于其高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的优点，已经广泛应用于科研、国防、工业等国民生产的重要方面。在工业领域，激光加工作为先进制造技术，具有高效、高精度、高质量、范围广、节能环保并能实现柔性加工和超微细加工的优点，在汽车、电子电路、电器、航空航天、钢铁冶金、机械制造等领域得到了广泛的应用，且在某些行业(例如汽车、电子行业等)已经达到较高的水平。对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

与传统的激光器相比，光纤激光器体积更小，效率更高，成本更低，易于系统集成，另外还具有长寿命、高稳定性等优点，而且其输出光束质量更好，能够得到高质量的近似基模的输出光束，采用光纤激光器本身能够非常容易实现柔性加工，因此非常适合各类激光加工，近年来，光纤激光在工业激光加工中应用发展迅速，且应用范围越来越广泛。

激光切割、打孔是激光加工中比较常见，应用也比较广泛的一种方式。激光打孔共有3种方式，第一种：采用单脉冲打孔，一般针对厚度比较小的材料，激光器发射单个激光脉冲即能够击穿材料并完成打孔。第二种：多个脉冲打孔，采用多个脉冲对材料打孔。第三种：环切方式打孔，即激光束焦点与材料相对运动，且激光束焦点的移动轨迹为一个圆形，从而在材料上形成圆孔。激光切割是指激光首先在材料上形成一个孔，然后控制激光束和材料沿着所要切割的图形轨迹进行相对运动，从而获得所需的切割图形。

随着光纤激光切割、打孔的不断成熟，激光切割和打孔被用于密集群孔和密集缝线的微细加工，相比传统的对密集群孔和密集缝线的加工方式，激光加工能够做到无应力、变形，加工质量稳定等，大大改善了加工效果，但是因为密集群孔和密集缝线是间隔非常小的大量的孔和线条，对于使用二维运动平台和激光切割头进行加工的激光设备来说，一方面，为了保证效果，实际切割、打孔速度不能太高，另一方面，在间隔非常小的大量孔或线条之间运动，二维运动平台无法达到较大的速度，因为间隔非常小，二维运动平台难以加速到较高的速度就已经运动到目的点，因此又必须减速，所以效率较低。所以亟需可以高效率的激光切割、打孔装备。

一般光纤激光加工头的结构如附图2，激光器发出的激光束经由光纤激光输出头1发出，成为近似平行的光纤激光束2，并入射到聚焦镜3上，经过聚焦镜3聚焦，透过保护镜4，并穿过第一气嘴5，焦点汇聚到待加工材料6上，进行切割、打孔。在部分切割或打孔应用过程中，有可能需要辅助气体，将被激光熔融的材料吹除，此时可将辅助气体从辅助气体入口7进入，并从第一气嘴5吹出，因此辅助气体与汇聚激光束同时从气嘴中心穿过，对材料进行加工。在激光加工过程中，可能产生灰尘等污染物，污染物可能穿过第一气嘴5，进入到激光加工头内部，从而污染聚焦镜3，因此在聚焦镜3下方放置保护镜4，防止灰尘等污染到聚焦镜3。

一般密集群孔和密集缝线的加工图如图1所示，即数量非常大的等间距线条需要切割，或者数量非常大的、间距有规律的密集小孔需要加工，采用一般的激光加工头，按照图形依次加工，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种光纤激光高效加工头，能够同时切割两条缝线或者加工两个小孔，且当缝线间距或小孔间距改变时也能满足，即加工效率高、可靠，适合于密集缝线、密集群孔的加工。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种光纤激光高效加工头，该加工头包括主壳体、光学组件、支撑组件、连接组件和气嘴组件，其中光学组件通过支撑组件安装在主壳体上，气嘴组件设置在主壳体下方，两者之间通过连接组件连接；激光束由主壳体顶部两侧进入主壳体内腔，由光学组件聚焦反射后穿过连接组件进入气嘴组件，从气嘴组件底部穿出后作用在待加工材料上。

所述主壳体的底端敞开，顶部为梯形结构，梯形结构的上端面中心和两侧面上均加工有安装孔，主壳体的中部和下部也都对称加工有安装孔，在中部和下部安装孔下方还分别加工有通孔，作为反射聚焦镜微调孔位和椭圆反射镜微调孔位。

所述光学组件包括观察窗口镜片、第一入口镜片、第二入口镜片、第一反射聚焦镜、第二反射聚焦镜、第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜，支撑组件包括第一反射聚焦镜固定架、第二反射聚焦镜固定架、第一椭圆反射镜固定架和第二椭圆反射镜固定架；

观察窗口镜片设置在主壳体顶部上端面的安装孔内，第一入口镜片和第二入口镜片对称设置在主壳体顶部侧面的安装孔内，第一反射聚焦镜和第二反射聚焦镜分别通过第一反射聚焦镜固定架和第二反射聚焦镜固定架对称设置在主壳体中部的安装孔内，第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜对称设置在主壳体下部的安装孔内。

所述第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜两者其中的一个焦点位置重合，另一个焦点位于同一水平面上。

所述连接组件包括第一透明窗口镜片、连接板和连接板滑轨，连接板中心加工有通孔，并在通孔内设置有第一透明窗口镜片，连接板下端面设置有连接板滑轨；连接板设置在主壳体底部开口处，第一透明窗口镜片与主壳体内腔位置相对应。

所述气嘴组件包括气嘴壳体和第二透明窗口镜片，第二透明窗口镜片设置在气嘴壳体内腔，气嘴壳体的顶端敞口，下部为锥形结构且底部开口作为第二气嘴，外表面加工有气嘴固定孔；两个气嘴组件通过气嘴固定孔安装在连接板滑轨上，并能够沿其滑动调节两者之间的距离。

所述两个气嘴组件中的第二气嘴分别位于第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜两者其中的另一个焦点上。

所述气嘴壳体的侧面向外延伸形成辅助气体入口，辅助气体入口位于第二透明窗口镜片下方。

所述第一反射聚焦镜和第二反射聚焦镜采用第一透射聚焦镜和第二透射聚焦镜来代替。

一种光纤激光高效加工头的加工方法，该加工方法具体步骤如下：

步骤一：由外部进来的第一光纤激光束和第二光纤激光束分别穿过第一入口镜片和第二入口镜片后，入射到第一反射聚焦镜和第二反射聚焦镜；

步骤二：第一反射聚焦镜和第二反射聚焦镜分别将接收到的激光束反射形成第一聚焦激光束和第二聚焦激光束；

步骤三：调节第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜，使两者的一个焦点重合，另一个焦点位于同一水平面上；

步骤四：第一聚焦激光束和第二聚焦激光束经过第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜重合的焦点后，发散形成第一发散激光束和第二发散激光束；

步骤五：第一发散激光束和第二发散激光束分别入射至第一椭圆反射镜和第二椭圆反射镜，反射形成第一椭圆反射镜聚焦激光束和第二椭圆反射镜聚焦激光束；

步骤六：第一椭圆反射镜聚焦激光束和第二椭圆反射镜聚焦激光束分别穿过两个第二喷嘴后，作用在待加工材料上同时进行加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过主壳体内的光学组件对称布置，采用两束激光束射入至主壳体内部并可获得两个焦点，而且可以通过调节光学组件的椭圆反射镜位置，使得两个焦点位于同一个水平面上，调节方便可靠，即可实现同时切割两条缝线或者加工两个小孔；此外，两束激光的焦点的间距大小可以调节，因此当所需要加工的缝线间距或小孔间距改变时，仍然能够通过调节两个激光束焦点间距，其适合于密集缝线、密集群孔的加工，加工效率是普通激光加工头的两倍。

2、本发明采用两个相同且独立的气嘴组件，而且气嘴组件可以沿着连接板轨道滑动，所以当不需要使用气嘴组件时，可将气嘴组件分离；当需要使用气嘴组件时，可以将两个气嘴组件的气嘴中心调节至两束聚焦激光束的中心位置，即可使用；当两束聚焦激光束的焦点间距改变时，只需要滑动气嘴组件，即可仍然保持两束聚焦激光束位于气嘴中心。

3、本发明的激光加工头能够实现同时使用两束激光束进行加工，但仍保持结构紧凑，方便设备集成；另外，主壳体上设置有观察窗口镜片，方便操作人员调节时实时观察激光加工头内部变化；另外，通过第一入口镜片、第二入口镜片、第一透明窗口镜片等，将整个主壳体密封，从而保持其内部洁净，防止污染。

附图说明

图1为本发明密集群孔及密集缝线加工图形示意图。

图2为现有技术中一般激光切割头的示意图。

图3为本发明光纤激光高效加工头的主视图和俯视图。

图4为本发明光纤激光高效加工头的右视图和主视图。

图5为本发明光纤激光高效加工头的光路示意图。

图6为本发明椭圆反射镜的示意图。

图7为本发明激光加工头调节2束激光聚焦点距离的方法示意图。

图8为本发明激光加工头两反射聚焦镜焦点不重合时的情况示意图一。

图9为本发明激光加工头两反射聚焦镜焦点不重合时的情况示意图二。

图10为本发明采用透射聚焦镜替代的示意图。

附图标记说明：1-光纤激光输出头、2-光纤激光束、3-聚焦镜、4-保护镜、5-第一气嘴、6-待加工材料、7-辅助气体入口、11-观察窗口镜片、12-第一入口镜片、13-第一激光输出头固定孔位、14-第一反射聚焦镜、15-第一反射聚焦镜固定架、17-第一椭圆反射镜、18-第一椭圆反射镜固定架、19-第一椭圆反射镜微调孔位、20-第一透明窗口镜片、21-连接板、22-连接板滑轨、23-气嘴固定孔、24-第二透明窗口镜片、25-辅助气体入口、26-第二气嘴、16-第一反射聚焦镜微调孔位、30-第二入口镜片、31-第二激光输出头固定孔位、32-第二反射聚焦镜、33-第二反射聚焦镜固定架、34-第二反射聚焦镜微调孔位、35-第二椭圆反射镜、36-第二椭圆反射镜固定架、37-第二椭圆反射镜微调孔位、40-第一光纤激光束、41-第一聚焦激光束、42-第一发散激光束、43-第一椭圆反射镜聚焦激光束、44-第二光纤激光束、45-第二聚焦激光束、46-第二发散激光束、47-第二椭圆反射镜聚焦激光束、48-椭圆反射镜第一焦点、49-椭圆反射镜第二焦点、50-椭圆反射镜第三焦点、51-椭圆反射镜第四焦点、52-水平面、60-第一透射聚焦镜、61-第二透射聚焦镜、62-主壳体、63-气嘴壳体

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。

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。

本发明采用一个激光加工头，结构紧凑，并仍然可以采用目前普遍采用的普通的光纤激光输出头1，在激光切割密集缝线或者激光加工密集群孔等规律性的应用中，能够同时切割2条线或者打2个小孔，效率是普通的激光加工头的2倍，而且还可以根据线条或者小孔之间的间距调整激光加工头中2束激光焦点的距离，因此可实现高效的激光切割、打孔加工。

参阅附图3和图4所示，本发明提供的一种光纤激光高效加工头，该加工头是中心平面对称的结构。

该加工头包括主壳体62、光学组件(11、12、30、14、32、17、35)、支撑组件(15、33、18、36)、连接组件(20、21、22)和气嘴组件(63、24)，光学组件通过支撑组件安装在主壳体62上，气嘴组件设置在主壳体62下方，两者之间通过连接组件连接；激光束由主壳体62顶部两侧进入主壳体62内腔，由光学组件聚焦反射后穿过连接组件进入气嘴组件，从气嘴组件底部穿出后作用在待加工材料上。

本发明中，主壳体62的底端敞开，顶部为梯形结构，梯形结构的上端面中心和两侧面上均加工有安装孔，主壳体62的中部和下部也都对称加工有安装孔，在中部和下部安装孔下方还分别加工有通孔，作为反射聚焦镜微调孔位和椭圆反射镜微调孔位。

上述中，观察窗口镜片11设置在最顶端，即设置在主壳体62顶部上端面的安装孔内，其表面镀膜并使其能够透过可见光波段，但是对光纤激光波段高吸收，其主要作用是方便操作人员在安装、使用、调节本发明的高效加工头时，能够观察到加工头内部的各个镜片。

主壳体62的左上部即顶部一侧面的安装孔为第一激光输出头固定孔位13，用于固定常见的光纤激光器输出头，其下方为光纤激光束入口，设置有第一入口镜片12，其两个表面镀有对第一光纤激光束40高透射的膜层使其能够高效率透射进入主壳体62的内部，另外第一入口镜片12还能够起到密封作用，防止灰尘进入激光加工头内部。同样，在主壳体62右上部即顶部另一侧面的安装孔为第二激光输出头固定孔位31，设置有第二入口镜片30，第二光纤激光束44由此处进入。

主壳体62中部的右侧，第一反射聚焦镜14通过第一反射聚焦镜固定架15可拆卸地设置在主壳体62中部的一个安装孔上，方便取出以便更换第一反射聚焦镜14。第一反射聚焦镜14表面镀有对第一光纤激光束40高反射的膜层，并将入射的近似平行的第一光纤激光束40聚焦，经过第一反射聚焦镜14聚焦后成为第一聚焦激光束41，其焦点位于椭圆反射镜第一焦点48处。

当第一反射聚焦镜固定架15固定在主壳体62上后，可以通过第一反射聚焦镜微调孔位16对其进行微调，一方面可以对第一反射聚焦镜14的俯仰角度、位置进行微小的调整；另一方面，能够将第一聚焦激光束41的焦点调节至椭圆反射镜第一焦点48处。

同样的，在中部的左侧设置有第二反射聚焦镜32，将第二光纤激光束44汇聚形成第二聚焦激光束45，其焦点位置位于椭圆反射镜第三焦点50处，通过第二反射聚焦镜固定架33、第二反射聚焦镜微调孔位34固定及调整第二反射聚焦镜32，一方面调节第二反射聚焦镜32的俯仰角度、位置等，另一方面，将第二聚焦激光束45的椭圆反射镜第三焦点位置50调节到与第一聚焦激光束41的椭圆反射镜第一焦点48重合，即实现椭圆反射镜第一焦点48与椭圆反射镜第三焦点50重合。

壳体62下部的左侧，近似平行的第一光纤激光束40经过第一反射聚焦镜14聚焦，且焦点位置为椭圆反射镜第一焦点48，形成第一发散激光束42，并且入射到第一椭圆反射镜17上，第一椭圆反射镜17表面镀有对第一发散激光束42高反射的膜层，并将入射的第一发散激光束42聚焦，经过第一椭圆反射镜17聚焦后形成第一椭圆反射镜聚焦激光束43，第一椭圆反射镜聚焦激光束43穿过第二气嘴26中心，其焦点位置为椭圆反射镜第二焦点49。

第一椭圆反射镜17通过第一椭圆反射镜固定架18上可拆卸地设置在主壳体62下部的安装孔上，方便取下更换第一椭圆反射镜17，并可以通过第一椭圆反射镜微调孔位19调节第一椭圆反射镜固定架18，从而实现对第一椭圆反射镜17俯仰角度、位置等的调节。

同样的，在下部的右侧设置有第二椭圆反射镜35，经过椭圆反射镜第三焦点50后，形成第二发散激光束46，将第二发散激光束46聚焦，形成第二椭圆反射镜聚焦激光束47，穿过右侧第二气嘴26的中心，焦点位置为椭圆反射镜第四焦点51。第二椭圆反射镜35安装固定在第二椭圆反射镜固定架36上，并可经过第二椭圆反射镜微调孔位37调节。

本发明中，连接组件包括连接板21和连接板滑轨22，连接板21中心加工有通孔，并在通孔内设置有第一透明窗口镜片20，连接板21下端面设置有连接板滑轨22。

气嘴组件包括气嘴壳体63和第二透明窗口镜片24，气嘴壳体63的顶端敞口，下部为锥形结构且底部开口作为第二气嘴26，外表面加工有气嘴固定孔23，气嘴壳体63的侧面向外延伸形成辅助气体入口25。

上述中，第一透明窗口镜片20安装在连接板21中，在连接板21下方设置有两条平行的滑轨即连接板滑轨22。连接板滑轨22上安装两个结构完全相同的气嘴组件，气嘴组件可以沿着连接板滑轨22滑动，气嘴壳体63通过气嘴固定孔23将气嘴组件固定在连接板滑轨22上，第二透明窗口镜片24设置在气嘴壳体63内并位于辅助气体入口25上方，如图3所示，为方便展示，左侧气嘴组件即已经沿着滑轨与连接板滑轨22分离；此外，两个气嘴组件中的第二气嘴26分别位于椭圆反射镜第二焦点49和椭圆反射镜第四焦点51上。

激光束由主壳体62射出后光路分析如下：

分别经过第一椭圆反射镜17、第二椭圆反射镜35聚焦后的第一椭圆反射镜聚焦激光束43、第二椭圆反射镜聚焦激光束47，向下入射过程中，首先将到达第一透明窗口镜片20，第一透明窗口镜片20上下两表面都镀对激光束(即43，47)高透射的膜层，因此能够使得43和47都能够高效透过，并且第一透明窗口镜片20起到密封作用，防止灰尘等污染物进入本发明光学系统部分。

第一椭圆反射镜聚焦激光束43和第二椭圆反射镜聚焦激光束47穿过连接板21上的第一透明窗口镜片20，分别进入本发明主壳体62下方的两个气嘴组件，第一椭圆反射镜聚焦激光束43首先到达气嘴组件中的第二透明窗口镜片24后由第二气嘴26射出作用在待加工材料上，第二透明窗口镜片24是对光纤激光束43、47高透射的窗口镜片，其两侧都镀对光纤激光束高透射的膜层，能够使得光纤激光束高效透射，其作用还有，对气嘴组件的上方进行密封，防止辅助气体从本发明的气嘴组件上方泄露，其作用还能够放置灰尘等污染物，经由第二气嘴26上升到本发明上方的主壳体62中造成污染。辅助气体由辅助气体入口25进入气嘴组件中，也由第二气嘴26射出作用在待加工材料上。

本发明还提供一种光纤激光高效加工头的加工方法，该加工方法具体步骤如下：

步骤一：由外部进来的第一光纤激光束40和第二光纤激光束44分别穿过第一入口镜片12和第二入口镜片30后，入射到第一反射聚焦镜14和第二反射聚焦镜32；

步骤二：第一反射聚焦镜14和第二反射聚焦镜32分别将接收到的激光束反射形成第一聚焦激光束41和第二聚焦激光束45；

步骤三：调节第一椭圆反射镜17和第二椭圆反射镜35，使两者的一个焦点重合，另一个焦点位于同一水平面上；

步骤四：第一聚焦激光束41和第二聚焦激光束45经过第一椭圆反射镜17和第二椭圆反射镜35重合的焦点后，发散形成第一发散激光束42和第二发散激光束46；

步骤五：第一发散激光束42和第二发散激光束46分别入射至第一椭圆反射镜17和第二椭圆反射镜35，反射形成第一椭圆反射镜聚焦激光束43和第二椭圆反射镜聚焦激光束47；

步骤六：第一椭圆反射镜聚焦激光束43和第二椭圆反射镜聚焦激光束47分别穿过两个第二喷嘴26后，作用在待加工材料上同时进行加工。

简单概括本发明的光路如下：由图5可见，由左侧入射的第一光纤激光束40透过激光束入口镜片12，入射到第一反射聚焦镜14，被反射后形成第一聚焦激光束41，其焦点在椭圆反射镜第一焦点48位置，经过椭圆反射镜第一焦点48后，光束变为第一发散激光束42，入射到第一椭圆反射镜17，并被反射、聚焦，形成第一椭圆反射镜聚焦激光束43，其焦点位置为椭圆反射镜第二焦点49。同样，对于右侧入射的第二光纤激光束44也是如此，由于本发明的激光加工头具有对称性，且光路也具有对称性，因此以下仅讨论一侧的部分，对于另一侧，根据对称性即可得。

一般来说，第一椭圆反射镜17和第二椭圆反射镜35为椭圆的一部分，如图6，椭圆的外接圆与内切圆为同心圆，且直径分别为a、b(a>b)，椭圆两焦点即椭圆反射镜第一焦点48和椭圆反射镜第二焦点49，两个焦点距离其外接圆、内切圆的圆心距离相同，都为c，且c²＝a²-b²。椭圆即平面内到点椭圆反射镜第一焦48与椭圆反射镜第二焦点49的距离之和为常数，且大于2c的点的轨迹。根据椭圆的基本性质和光学反射定理(入射角等于反射角)，可得，从椭圆的任意一个焦点(例如48)，向任意方向发射的光线，经过椭圆面反射后，必定聚焦在椭圆的另一个焦点上(即49)，所以第一聚焦激光束41汇聚在椭圆反射镜第一焦点48，然后再发散形成第一发散激光束42，并入射到第一椭圆反射镜17，被第一椭圆反射镜17反射的第一椭圆反射镜聚焦激光束43，必定将汇聚到椭圆反射镜第二焦点49处。

同样的，将第二椭圆反射镜35调节为与第一椭圆反射镜17相对称的位置，使得其焦点48与50相重合，并调节第一反射聚焦镜14、第二反射聚焦镜32，使得第一聚焦光束41和第二聚焦激光束45的焦点也位于该点，则椭圆反射镜第四焦点51将与椭圆反射镜第二焦点49位于同一水平面52上，所以第一椭圆反射镜聚焦激光束43、第二椭圆反射镜聚焦激光束47即可同时用于平面材料的激光切割、打孔，所以本发明的激光加工头，可以一次性切割2条线条，或者一次性加工2个小孔。

此外，对于需要使用辅助气体进行加工的应用，本发明的气嘴组件，可以使得气嘴组件沿着连接板滑轨22滑动，所以沿着连接板滑轨22左右移动气嘴组件，使得左右2个气嘴组件的第二气嘴26的中心分别与第一椭圆反射镜聚焦激光束43、第二椭圆反射镜聚焦激光束47的中心重合，然后使用螺丝，通过气嘴固定孔23将气嘴组件固定在连接板21上，即可应用于需要使用辅助气体的激光切割和打孔应用。

本发明可实现密集群孔或者密集缝线的高效加工，即相比普通的激光加工头，本发明的激光加工头具有2束聚焦激光束，具有2个聚焦焦点，并且2个焦点可调节至同一水平面上，因此能够一次性加工距离相同的2条缝线或者2个小孔，是普通激光加工头效率的两倍，但是当密集缝线的间距或者密集群孔的间距改变时，需要调节2束激光焦点的距离，本发明中调节2束激光的焦点距离的方法如下：

如图7所示，给出了调节2束激光的聚焦点间距的方法之一，为了方便展示，只给出了其中一束激光的调节图示，另一束激光同理，也是如此。第一种方法，只需要调节第一椭圆反射镜17，使其绕椭圆反射镜第一焦点48旋转，此时第一发散激光束42仍然由椭圆反射镜第一焦点48发出，且方向不变，由于本发明所采用的第一椭圆反射镜17面积比较大，所以第一发散激光束42仍然能够入射到第一椭圆反射镜17之上，并仍被其反射至椭圆反射镜第二焦点49，由于此时第一椭圆反射镜17绕椭圆反射镜第一焦点48旋转，即椭圆反射镜第一焦点48和椭圆反射镜第二焦点49的连线绕椭圆反射镜第一焦点48旋转，所以使得椭圆反射镜第二焦点49接近或者远离中心线，即能够实现两束激光的椭圆反射镜第二焦点49与椭圆反射镜第四焦点51之间的间距可调。

确定两激光束焦点49与51之后，沿着连接板滑轨22，滑动气嘴组件，使得两个第二气嘴26的中心分别位于两激光束43、47的中心，即能够使用气嘴组件，进行需要使用辅助气体的激光切割和打孔。

本发明能够保证方便的将第一椭圆反射镜聚焦激光束43和第二椭圆反射镜聚焦激光束47的椭圆反射镜第二焦点49和椭圆反射镜第四焦点51调节到同水平面上，从而保证对平面材料激光切割或打孔的效果，具体如下：

如图8所示，当第一反射聚焦镜14和第二反射聚焦镜32的焦点位置难以调至重合时的情况，即椭圆反射镜第一焦点48和椭圆反射镜第三焦点50不重合的情况之一，假设此时虽然焦点48和50不重合，但是仍然位于同一水平线上，则此时只需要分别调节第一反射聚焦镜14和第二反射聚焦镜32，使得两者的焦点分别位于焦点48和50即可，由于其焦点48和50仍然位于同一水平面上，因此此时第一椭圆反射镜17和第二椭圆反射镜35仍然是关于中心线是对称的，即能够保证椭圆反射镜第二焦点49和第四焦点51仍位于同一水平面上。

如图9所示，为椭圆反射镜第一焦点48和椭圆反射镜第二焦点50既不重合，也不在同一水平面上，则此时需要首先分别调节第一反射聚焦镜14和第二反射聚焦镜32，使得第一聚焦激光束41和第二聚焦激光束45的焦点分别位于椭圆反射镜第一焦点48、椭圆反射镜第三焦点50，然后分别调节第一椭圆反射镜17和第二椭圆反射镜35，使得椭圆反射镜第一焦点48和第二焦点49的连线绕第一焦点48旋转，或者使得椭圆反射镜第三焦点50和第四焦点51的连线绕第三焦点50旋转，最终使得两个椭圆反射镜的焦点：49和51位于同一水平线上即可。

上述中，本发明的反射聚焦镜可以采用透射聚焦镜来替代，如附图10所示，第一透射聚焦镜60对第一光纤激光束40进行聚焦，得到第一聚焦激光束41，且其焦点为48；第二透射聚焦镜61对第二光纤激光束44进行聚焦，得到第二聚焦激光束45，且其焦点为50，调节使得焦点48与50重合。其余部分相同。

本发明相对于现有技术中的优点在于：

1、本发明采用一个激光加工头，通过主壳体62内的光学组件对称布置，采用两束激光束射入主壳体内部并可获得两个焦点，而且可以通过调节光学组件的椭圆反射镜位置，使得两个焦点位于同一个水平面上，调节方便可靠，即可实现同时切割两条缝线或者加工两个小孔，其适合于密集缝线、密集群孔的加工，加工效率是普通激光加工头的两倍。

2、本发明中两束激光的焦点的间距大小可以调节，因此当所需要加工的缝线间距或小孔间距改变时，仍然能够通过调节两个激光束焦点间距，适应密集缝线、密集群孔的加工。

3、本发明采用两个相同且独立的气嘴组件，而且气嘴组件可以沿着连接板轨道22滑动。所以当不需要使用气嘴组件时，可将气嘴组件分离；当需要使用气嘴组件时，可以将两个气嘴组件的气嘴中心调节至两束聚焦激光束的中心位置，即可使用；当两束聚焦激光束的焦点间距改变时，只需要滑动气嘴组件，即可仍然保持两束聚焦激光束位于气嘴中心。

4、本发明的激光加工头能够实现同时使用两束激光束进行加工，但仍保持结构紧凑，方便设备集成；另外，本发明的激光加工头设置有观察窗口镜片11，方便操作人员调节时实时观察激光加工头内部变化；另外，本发明的激光加工头通过第一入口镜片12、第二入口镜片30、第一透明窗口镜片20等，将整个主壳体62密封，从而保持其内部洁净，防止污染。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光纤激光高效加工头，其特征在于：该加工头包括主壳体(62)、光学组件、支撑组件、连接组件和气嘴组件，其中光学组件通过支撑组件安装在主壳体(62)上，气嘴组件设置在主壳体(62)下方，两者之间通过连接组件连接；激光束由主壳体(62)顶部两侧进入主壳体(62)内腔，由光学组件聚焦反射后穿过连接组件进入气嘴组件，从气嘴组件底部穿出后作用在待加工材料上；

所述光学组件包括观察窗口镜片(11)、第一入口镜片(12)、第二入口镜片(30)、第一反射聚焦镜(14)、第二反射聚焦镜(32)、第一椭圆反射镜(17)和第二椭圆反射镜(35)；其中观察窗口镜片(11)设置在主壳体(62)顶部上端面，第一入口镜片(12)和第二入口镜片(30)对称设置在主壳体(62)顶部侧面；第一反射聚焦镜(14)和第二反射聚焦镜(32)对称设置在主壳体(62)中部；第一椭圆反射镜(17)和第二椭圆反射镜(35)对称设置在主壳体(62)下部，两者其中的一个焦点位置重合，另一个焦点位于同一水平面上。

2.根据权利要求1所述的光纤激光高效加工头，其特征在于：所述主壳体(62)的底端敞开，顶部为梯形结构，梯形结构的上端面中心加工有的安装孔，用于安装观察窗口镜片(11)；两侧面上分别加工有安装孔，用于安装第一入口镜片(12)和第二入口镜片(30)；主壳体的中部和下部也都对称加工有安装孔，在中部和下部安装孔下方还分别加工有通孔，作为反射聚焦镜微调孔位和椭圆反射镜微调孔位。

3.根据权利要求2所述的光纤激光高效加工头，其特征在于：支撑组件包括第一反射聚焦镜固定架(15)、第二反射聚焦镜固定架(33)、第一椭圆反射镜固定架(18)和第二椭圆反射镜固定架(36)；

第一反射聚焦镜(14)和第二反射聚焦镜(32)分别通过第一反射聚焦镜固定架(15)和第二反射聚焦镜固定架(33)对称设置在主壳体(62)中部的安装孔内，第一椭圆反射镜(17)和第二椭圆反射镜(35)对称设置在主壳体(62)下部的安装孔内。

4.根据权利要求3所述的光纤激光高效加工头，其特征在于：所述连接组件包括第一透明窗口镜片(20)、连接板(21)和连接板滑轨(22)，连接板(21)中心加工有通孔，并在通孔内设置有第一透明窗口镜片(20)，连接板(21)下端面设置有连接板滑轨(22)；连接板(21)设置在主壳体(62)底部开口处，第一透明窗口镜片(20)与主壳体(62)内腔位置相对应。

5.根据权利要求4所述的光纤激光高效加工头，其特征在于：所述气嘴组件包括气嘴壳体(63)和第二透明窗口镜片(24)，第二透明窗口镜片(24)设置在气嘴壳体(63)内腔，气嘴壳体(63)的顶端敞口，下部为锥形结构且底部开口作为第二气嘴(26)，外表面加工有气嘴固定孔(23)；两个气嘴组件通过气嘴固定孔(23)安装在连接板滑轨(22)上，并能够沿其滑动调节两者之间的距离。

6.根据权利要求5所述的光纤激光高效加工头，其特征在于：所述两个气嘴组件中的第二气嘴(26)分别位于第一椭圆反射镜(17)和第二椭圆反射镜(35)两者其中的另一个焦点上。

7.根据权利要求5或6所述的光纤激光高效加工头，其特征在于：所述气嘴壳体(63)的侧面向外延伸形成辅助气体入口(25)，辅助气体入口(25)位于第二透明窗口镜片(24)下方。

8.根据权利要求1所述的光纤激光高效加工头，其特征在于：所述第一反射聚焦镜(14)和第二反射聚焦镜(32)采用第一透射聚焦镜(60)和第二透射聚焦镜(61)来代替。

9.一种如权利要求1-8任何一项所述光纤激光高效加工头的加工方法，其特征在于：该加工方法具体步骤如下：

步骤一：由外部进来的第一光纤激光束(40)和第二光纤激光束(44)分别穿过第一入口镜片(12)和第二入口镜片(30)后，入射到第一反射聚焦镜(14)和第二反射聚焦镜(32)；

步骤二：第一反射聚焦镜(14)和第二反射聚焦镜(32)分别将接收到的激光束反射形成第一聚焦激光束(41)和第二聚焦激光束(45)；

步骤三：调节第一椭圆反射镜(17)和第二椭圆反射镜(35)，使两者的一个焦点重合，另一个焦点位于同一水平面上；

步骤四：第一聚焦激光束(41)和第二聚焦激光束(45)经过第一椭圆反射镜(17)和第二椭圆反射镜(35)重合的焦点后，发散形成第一发散激光束(42)和第二发散激光束(46)；

步骤五：第一发散激光束(42)和第二发散激光束(46)分别入射至第一椭圆反射镜(17)和第二椭圆反射镜(35)，反射形成第一椭圆反射镜聚焦激光束(43)和第二椭圆反射镜聚焦激光束(47)；

步骤六：第一椭圆反射镜聚焦激光束(43)和第二椭圆反射镜聚焦激光束(47)分别穿过两个第二喷嘴(26)后，作用在待加工材料上同时进行加工。