CN107797293B - 一种焊接光斑小于0.05mm的准直聚焦焊接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光焊接技术领域，公开了一种焊接光斑小于0.05mm的准直聚焦焊接系统，包括沿激光传播方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；所述第一透镜、第二透镜、第六透镜和第七透镜均采用弯月透镜，所述第一透镜和第六透镜的弯月方向与激光传播方向相反，所述第二透镜和第七透镜的弯月方向与激光传播方向相同；所述第三透镜、第五透镜均采用双凸透镜，第四透镜采用平面镜。本发明中通过沿激光传播方向依次设置的七个透镜，从而实现激光器经准直聚焦后的光斑能够约束到小于0.05mm，整个系统结构简单、功能可靠也易于实现。

Description

一种焊接光斑小于0.05mm的准直聚焦焊接系统
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，更具体的说，特别涉及一种焊接光斑小于0.05mm的准直聚焦焊接系统。
背景技术
激光加工目前应用愈加广泛，而客户对于焊接产品的效果以及外观要求也在逐渐变高，且焊接的产品也在逐渐变小。普通的准直聚焦系统只是让能量聚焦，而并未对聚焦后的光斑大小有所约束，已经逐渐不能满足客户。在这种背景下，小光斑的准直聚焦系统的出现显得很有必要了。
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，提供一种焊接光斑小于0.05mm的准直聚焦焊接系统，能够实现激光器经准直聚焦后的光斑能够约束到小于0.05mm，整个系统结构简单、功能可靠也易于实现。
为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：
一种焊接光斑小于0.05mm的准直聚焦焊接系统，包括沿激光传播方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第一透镜、第二透镜、第六透镜和第七透镜均采用弯月透镜，所述第一透镜和第六透镜的弯月方向与激光传播方向相反，所述第二透镜和第七透镜的弯月方向与激光传播方向相同；所述第三透镜、第五透镜均采用双凸透镜，第四透镜采用平面镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜一起构成整个系统的准直组件，所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜一起构成整个系统的聚焦组件。
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜沿激光传播方向并沿水平方向依次同轴设置，第五透镜、第六透镜和第七透镜沿激光传播方向并沿竖直方向依次同轴设置在第四透镜的下方。
所述准直聚焦焊接系统还包括第八透镜，其采用平面镜片作为保护镜片，并沿激光传播方向设置在第七透镜的下方。
所述第一透镜包括两个曲面S1、S2，其光轴上的中心厚度d1，其材料参数为Nd1：Vd1；所述曲面S1的曲率半径R1为-347.3927mm，曲面S2的曲率半径R2为-82.4087mm，Nd1：Vd1为1.516797/64.21235，中心厚度d1为6mm。
所述第二透镜包括两个曲面S3、S4，其光轴上的中心厚度d2，其材料参数为Nd2：Vd2；所述曲率半径R3为403.1955mm，曲率半径R4为162.9361mm，Nd2：Vd2为1.516797/64.21235，中心厚度d2为4mm。
所述第三透镜包括两个曲面S5、S6，其光轴上的中心厚度d3，其材料参数为Nd3：Vd3；所述曲面S5的曲率半径R5为549.0706mm，曲面S6的曲率半径R6为-168.9198mm，Nd3：Vd3为1.516797/64.21235，中心厚度d3为6mm。
所述第四透镜包括两个曲面S7、S8，其中心厚度为d4，其材料参数为Nd4：Vd4；所述曲面S7的曲率半径R7为infinite，曲面S8的曲率半径R8为infinite，Nd4：Vd4为1.516797/64.21235，中心厚度d4为6mm。
所述第五透镜包括两个曲面S9、S10，其中心厚度d5，其材料参数为Nd5：Vd5；所述曲面S9的曲率半径R9为75.4846mm，曲面S10的曲率半径R10为-227.8939mm，Nd5：Vd5为1.516797/64.21235，中心厚度d5为7mm。
所述第六透镜包括两个曲面S11、S12，其中心厚度d6，其材料参数Nd6：Vd6；所述曲面S11的曲率半径R11为-61.1192mm，曲面S12的曲率半径R12为-104.4672mm，Nd6：Vd6为1.516797/64.21235，中心厚度d6为4mm。
所述的第七透镜包括两个曲面S13、S14，其中心厚度d7，其材料参数Nd7：Vd7；所述曲面S13的曲率半径R13为32.2866mm，曲面S14的曲率半径R14为131.3565mm，Nd7：Vd7为1.516797/64.21235，中心厚度d7为8mm；
所述的第八透镜包括两个曲面为S15、S16，其中心厚度d8，其材料参数Nd8：Vd8；所述曲面S15的曲率半径R15为infinite，曲面S16的曲率半径R16为infinite，Nd8：Vd8为1.516797/64.21235，中心厚度d8为4mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明中通过沿激光传播方向依次设置的七个透镜，从而实现激光器经准直聚焦后的光斑能够约束到小于0.05mm，整个系统结构简单、功能可靠也易于实现。
附图说明
图1为本发明准直聚焦焊接系统的原理图。
图2为本发明准直聚焦焊接系统的实际效果图。
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。
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。
参阅图1所示，本发明提供的一种焊接光斑小于0.05mm的准直聚焦焊接系统，包括沿激光传播方向依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7。
其中第一透镜L1为弯月透镜，其弯月方向与激光传播方向相反；第二透镜L2为弯月透镜，弯月方向与激光传播方向相同；第三透镜L3为双凸透镜。第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3一起构成整个系统的准直组件。第四透镜L4为平面镜，用于45度反射经准直系统准直后的激光。第五透镜L5为双凸透镜；第六透镜L6为弯月透镜，弯月方向与激光传播方向相反；第七透镜L7为弯月透镜，弯月方向与激光传播方向相同。第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7一起构成整个系统的聚焦组件。
本实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4沿激光传播方向并沿水平方向依次同轴设置，第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7沿激光传播方向并沿竖直方向依次同轴设置在第四透镜L4的下方。外部激光器发射的激光光束经过第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3作用后成准直光束，所述准直光束经过第四透镜L4反射后，经过第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7作用后成聚焦光束作用在被加工工件上。所述准直组件的焦距为150mm，聚焦组件的焦距为60mm，激光器的发射波长915nm。
上述中，所述准直聚焦焊接系统还包括第八透镜L8，其采用平面镜片作为保护镜片，并沿激光传播方向同轴设置在第七透镜L7的下方。
上述中，所述第一透镜L1包括两个曲面S1、S2，其光轴上的中心厚度d1，其材料参数为Nd1(折射率)：Vd1(阿贝数)。所述曲面S1的曲率半径R1为-347.3927mm，曲面S2的曲率半径R2为-82.4087mm，Nd1：Vd1为1.516797/64.21235，中心厚度d1为6mm。
上述中，所述第二透镜L2包括两个曲面S3、S4，其光轴上的中心厚度d2，其材料参数为Nd2(折射率)：Vd2(阿贝数)。所述曲面S3的曲率半径R3为403.1955mm，曲面S4的曲率半径R4为162.9361mm，Nd2：Vd2为1.516797/64.21235，中心厚度d2为4mm。
上述中，所述的第三透镜L3包括两个曲面S5、S6，其光轴上的中心厚度d3，其材料参数为Nd3(折射率)：Vd3(阿贝数)。所述曲面S5的曲率半径R5为549.0706mm，曲面S6的曲率半径R6为-168.9198mm，Nd3：Vd3为1.516797/64.21235，中心厚度d3为6mm。
上述中，所述的第四透镜L4包括两个曲面S7、S8，其中心厚度为d4，其材料参数为Nd4(折射率)：Vd4(阿贝数)。所述曲面S7的曲率半径R7为infinite(无穷大)，曲面S8的曲率半径R8为infinite，Nd4：Vd4为1.516797/64.21235，中心厚度d4为6mm。
上述中，所述的第五透镜L5包括两个曲面S9、S10，其中心厚度d5，其材料参数为Nd5(折射率)：Vd5(阿贝数)。所述曲面S9的曲率半径R9为75.4846mm，曲面S10的曲率半径R10为-227.8939mm，Nd5：Vd5为1.516797/64.21235，中心厚度d5为7mm。
上述中，所述的第六透镜L6包括两个曲面S11、S12，其中心厚度d6，其材料参数Nd6(折射率)：Vd6(阿贝数)。所述曲面S11的曲率半径R11为-61.1192mm，曲面S12的曲率半径R12为-104.4672mm，Nd6：Vd6为1.516797/64.21235，中心厚度d6为4mm。
上述中，所述的第七透镜L7包括两个曲面S13、S14，其中心厚度d7，其材料参数Nd7(折射率)：Vd7(阿贝数)。所述曲面S13的曲率半径R13为32.2866mm，曲面S14的曲率半径R14为131.3565mm，Nd7：Vd7为1.516797/64.21235，中心厚度d7为8mm。
上述中，所述的第八透镜L8包括两个曲面S15、S16，其中心厚度d8，其材料参数Nd8(折射率)：Vd8(阿贝数)。所述曲面S15的曲率半径R15为infinite，曲面S16的曲率半径R16为infinite，Nd8：Vd8为1.516797/64.21235，中心厚度d8为4mm。
本发明中，所述曲面的曲率半径、曲面间隔以及材料参数的修正范围为±5％。
参阅图2所示，图中取0视场、0.7视场、1视场，三个视场弥散斑的形状及尺寸反映了上述系统对应于准直聚焦后的像差，从图上看其最大RMS(均方根)的弥散斑半径为3.044um，表明用该系统像差较小，可满足焊接要求。本发明系统的焊斑小，能量密度大，可焊接焊斑小于0.05mm的产品。
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 (1)

1.一种焊接光斑小于0.05mm的准直聚焦焊接系统，其特征在于：包括沿激光传播方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第一透镜、第二透镜、第六透镜和第七透镜均采用弯月透镜，所述第一透镜和第六透镜的弯月方向与激光传播方向相反，所述第二透镜和第七透镜的弯月方向与激光传播方向相同；所述第三透镜、第五透镜均采用双凸透镜，第四透镜采用平面镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜一起构成整个系统的准直组件，所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜一起构成整个系统的聚焦组件；
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜沿激光传播方向并沿水平方向依次同轴设置，第五透镜、第六透镜和第七透镜沿激光传播方向并沿竖直方向依次同轴设置在第四透镜的下方；
所述准直聚焦焊接系统还包括第八透镜，其采用平面镜片作为保护镜片，并沿激光传播方向设置在第七透镜的下方；
所述第一透镜包括两个曲面S1、S2，其光轴上的中心厚度d1，其材料参数为Nd1：Vd1；所述曲面S1的曲率半径R1为－347.3927mm，曲面S2的曲率半径R2为－82.4087mm，Nd1：Vd1为1.516797/64.21235，中心厚度d1为6mm；
所述第二透镜包括两个曲面S3、S4，其光轴上的中心厚度d2，其材料参数为Nd2：Vd2；所述曲率半径R3为403.1955mm，曲率半径R4为162.9361mm，Nd2：Vd2为1.516797/64.21235，中心厚度d2为4mm；
所述第三透镜包括两个曲面S5、S6，其光轴上的中心厚度d3，其材料参数为Nd3：Vd3；所述曲面S5的曲率半径R5为549.0706mm，曲面S6的曲率半径R6为－168.9198mm，Nd3：Vd3为1.516797/64.21235，中心厚度d3为6mm；
所述第四透镜包括两个曲面S7、S8，其中心厚度为d4，其材料参数为Nd4：Vd4；所述曲面S7的曲率半径R7为infinite，曲面S8的曲率半径R8为infinite，Nd4：Vd4为1.516797/64.21235，中心厚度d4为6mm；
所述第五透镜包括两个曲面S9、S10，其中心厚度d5，其材料参数为Nd5：Vd5；所述曲面S9的曲率半径R9为75.4846mm，曲面S10的曲率半径R10为－227.8939mm，Nd5：Vd5为1.516797/64.21235，中心厚度d5为7mm；
所述第六透镜包括两个曲面S11、S12，其中心厚度d6，其材料参数Nd6：Vd6；所述曲面S11的曲率半径R11为－61.1192mm，曲面S12的曲率半径R12为－104.4672mm，Nd6：Vd6为1.516797/64.21235，中心厚度d6为4mm；
所述的第七透镜包括两个曲面S13、S14，其中心厚度d7，其材料参数Nd7：Vd7；所述曲面S13的曲率半径R13为32.2866mm，曲面S14的曲率半径R14为131.3565mm，Nd7：Vd7为1.516797/64.21235，中心厚度d7为8mm；
所述的第八透镜包括两个曲面为S15、S16，其中心厚度d8，其材料参数Nd8：Vd8；所述曲面S15的曲率半径R15为infinite，曲面S16的曲率半径R16为infinite，Nd8：Vd8为1.516797/64.21235，中心厚度d8为4mm。
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