CN107065155B - 一种激光清洗用可变焦光学单元及激光清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光清洗用可变焦光学单元及激光清洗装置，该光学单元包括位于激光路径上的一正透镜和一负透镜，所述正透镜为输入镜，所述负透镜为输出镜，使得所述正透镜输入侧光斑直径大于所述负透镜输出侧光斑直径。激光清洗装置包括光路安装座，所述光路安装座上沿激光路径依次隔离器、正透镜、负透镜、安装激光清洗振镜头、45°全返镜和聚焦场镜。使用本发明在不降低激光功率的前提下获取可变焦的焦深，在激光清洗领域获得可变焦的焦深，解决了激光清洗技术中弧面和平面之间较大高低面的工件在定焦清洗机的情况下无法一次清洗整个弧面的问题，实现了小光斑、发散角大、能量密度分布大，在不影响激光功率的情况下打破常规获取长焦深方法。

Description

一种激光清洗用可变焦光学单元及激光清洗装置
技术领域
本发明涉及激光清洗技术领域，具体涉及一种激光清洗用可变焦光学单元及激光清洗装置。
背景技术
参见图1所示，现有技术中激光清洗装置的激光束从激光隔离其中发出后经多次折返聚焦场镜射出，根据计算距焦光斑直径公式
Figure BDA0001215337630000011
和
Figure BDA0001215337630000012
其中，di为经聚焦场镜射出的光斑直径，λ为激光波长，M2为激光束质量，f为聚焦场镜焦距，d0为聚焦场镜入射侧的光斑直径，b为焦深，P为聚焦容忍度公差，一般取值为1.05，可知在输入激光束、聚焦场镜相同的情况下，聚焦场镜入射侧的光斑直径越小，得到的焦深越长。而现有的技术中得到的焦深较短，导致激光清洗技术在弧度较大的工件上无法一次清洗，需要经过多次重复清洗，这样大大影响了生产效率，同时也造成部分清洗次数不一致导致有的部分位置容易伤到材料底层，因此，现有技术在激光清洗装置中为了获取长的焦深，需要将激光不停的进行折返才能获得较长的焦深，但是经过多次折返后的激光功率大大降低，且多次折返的激光清洗装置的体积较大，不方便使用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种激光清洗用可变焦光学单元及带有该单元的激光清洗装置，能够在不降低激光功率的前提下获取长的焦深。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种激光清洗用可变焦光学单元，包括位于激光路径上的一正透镜和一负透镜，所述正透镜为输入镜，所述负透镜为输出镜，使得所述正透镜输入侧光斑直径大于所述负透镜输出侧光斑直径。
在上述技术方案的基础上，所述正透镜可沿激光路径移动，且所述正透镜的焦点以所述负透镜为中心两侧移动。
在上述技术方案的基础上，所述负透镜沿激光路径以所述正透镜的焦点为中心两侧移动。
在上述技术方案的基础上，所述正透镜或负透镜单侧移动范围为0mm～30mm。
在上述技术方案的基础上，所述正透镜输入侧的光斑大小与所述负透镜输出侧的光斑大小的比值为3:1。
在上述技术方案的基础上，一种激光清洗装置，安装有如权利要求1所述的激光清洗用可变焦光学单元。
在上述技术方案的基础上，该装置包括光路安装座，所述光路安装座上沿激光路径依次隔离器、正透镜、负透镜、安装激光清洗振镜头、45°全返镜和聚焦场镜。
在上述技术方案的基础上，该装置包括用于安装所述负透镜的负透镜安装座和用于安装所述正透镜的正透镜安装座。
在上述技术方案的基础上，所述负透镜安装座包括镜座和滑轨，所述镜座滑动安装于所述滑轨上，所述负透镜安装于所述镜座上。
在上述技术方案的基础上，所述负透镜单侧移动范围为0mm～30mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的一种激光清洗用可变焦光学单元中正透镜作为输入镜，负透镜作为输出镜，在不改变输入激光束的情况下，使用该激光清洗用可变焦光学单元可以改变聚焦场镜入射侧的光斑直径，从而在激光清洗领域获得可变焦深，解决了激光清洗技术中弧面较大的工件无法一次清洗整个弧面的问题，实现了小光斑、发散角大、能量密度分布大，在不影响激光功率的情况下打破了常规的获取长焦深方法。
(2)本发明的一种激光清洗装置，打破了激光倾斜行业中的常规做法，激光清洗用可变焦光学单元来改变聚焦场镜入射侧的光束直径，经过一次折返即可获得较长焦深，且通过机械方式调节输入镜和输出镜之间的距离来调节激光清洗中的焦深长短，调节方便简单、适用范围广。
附图说明
图1为现有技术中激光清洗装置中光学单元的原理图；
图2为本发明实施例中激光清洗用可变焦光学单元的原理图；
图3为本发明实施例中激光清洗装置的局部剖示意图；
图4为本发明实施例中负透镜安装座的局部放大图；
图5为本发明实施例中激光清洗装置的爆炸图。
图中：1-正透镜，2-负透镜，3-负透镜安装座，4-正透镜安装座，5-镜座，6-滑轨，7-光路安装座，8-激光清洗振镜头，9-45°全返镜，10-隔离器，11-聚焦场镜。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图2所示，本发明实施例提供一种激光清洗用可变焦光学单元，包括位于激光路径上的一个正透镜1和一个负透镜2，正透镜为输入镜，负透镜为输出镜，使得正透镜1输入侧光斑直径大于负透镜2输出侧光斑直径。本实施例中负透镜2的焦点与正透镜1的焦点可以重合，当负透镜2的焦点与正透镜1的焦点重合时，负透镜2输出平行光。可根据具体使用环境，调节负透镜2与正透镜1之间的距离，负透镜2的焦点与正透镜1的焦点也可以不重合，获得合适的扩散角度，改变聚焦场镜11输出入的光斑直径大小。
本实施例中的负透镜2沿激光路径以正透镜1的焦点为中心向两侧移动，负透镜2单侧的移动范围为0mm～30mm。采用激光清洗用可变焦光学单元将光聚焦于一个很小的光斑，使得光的能量较为集中，同时获得较长的激光焦深，在不影响激光功率的情况下，不用多次进行折返来获得较长的焦深。相同原理下，正透镜1沿激光路径移动，且正透镜1的焦点以负透镜2为中心向两侧移动，对于一些负透镜2所在侧行程较短，不适于移动的情况，可以选择正透镜1作为移动调节对象。
正透镜1输入侧的光斑大小与负透镜2输出侧的光斑大小的比值为3:1，本实施例中，正透镜1输入侧的光斑大小为7.5，负透镜2输出侧的光斑大小2.5。通过移动正透镜1或负透镜2得到可调的焦距，打破了激光行业中传统的使用方式，缩小光束直径，增大光束发散角，激光光束发散角度适当变大，进而获得较大的焦深。
参见图3、图4和图5所示，本发明实施例提供带有上述激光清洗用可变焦光学单元的激光清洗装置，该装置包括该装置包括光路安装座7，光路安装座7上沿激光路径依次隔离器10、用于安装正透镜1的正透镜安装座4、用于安装负透镜2的负透镜安装座3、安装激光清洗振镜头8、45°全返镜9和聚焦场镜11。其中正透镜安装座4固定设置，负透镜安装座3包括镜座5和滑轨6，滑轨6安装于光路安装座7上，镜座5滑动安装于滑轨6上，负透镜2安装于镜座5上，镜座5带动负透镜2沿激光路径以正透镜1的焦点为中心两侧移动，镜座5单侧移动范围为0mm～30mm。采用可调节的负透镜2，实现可变焦光学，利用机械方式来移动的负透镜2，调节其与输入镜之间的距离的方式来调节激光清洗中的焦深长短。
隔离器10出激光后，激光经过正透镜1输出后，在移动负透镜2实现在来调整聚焦场镜11射入侧的光斑直径，从而获得较长的焦深，从负透镜2输出的激光经过一次45°全返镜，激光反射到振镜电机的镜片8上，振镜电机控制镜片8摆动的角度使激光进入激光清洗振镜头8中。
本发明不局限于上述实施方式，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之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种激光清洗装置，其特征在于：所述激光清洗装置安装有激光清洗用可变焦光学单元；
所述激光清洗用可变焦光学单元包括位于激光路径上的一正透镜(1)和一负透镜(2)，所述正透镜(1)为输入镜，所述负透镜(2)为输出镜，使得所述正透镜(1)输入侧光斑直径大于所述负透镜(2)输出侧光斑直径；
所述正透镜(1)可沿激光路径移动，且所述正透镜(1)的焦点以所述负透镜(2)为中心两侧移动；
所述负透镜(2)沿激光路径以所述正透镜(1)的焦点为中心两侧移动；
所述激光清洗装置包括光路安装座(7)，所述光路安装座(7)上沿激光路径依次有隔离器(10)、正透镜(1)、负透镜(2)、安装激光清洗振镜头(8)、45°全返镜(9)和聚焦场镜(11)；
该装置包括用于安装所述负透镜(2)的负透镜安装座(3)和用于安装所述正透镜(1)的正透镜安装座(4)；
所述负透镜安装座(3)包括镜座(5)和滑轨(6)，所述镜座(5)滑动安装于所述滑轨(6)上，所述负透镜(2)安装于所述镜座(5)上；
所述镜座(5)带动负透镜(2)沿激光路径以正透镜(1)的焦点为中心两侧移动。
2.如权利要求1所述的一种激光清洗装置，其特征在于：所述正透镜(1)或负透镜(2)单侧移动范围为0mm～30mm。
3.如权利要求1所述的一种激光清洗装置，其特征在于：所述正透镜(1)输入侧的光斑大小与所述负透镜(2)输出侧的光斑大小的比值为3:1。
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