CN108907454A - 用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块 - Google Patents

用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块 Download PDF

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戈燕
许平平
李同宁
游毓麒
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Abstract

本发明公开了用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，其特征在于：包括输入传能光缆、光准直器、光束切换器、两个以上的输出耦合器和与输出耦合器相连通的输出传能光缆，输入传能光缆通过输入传能光缆适配头与光准直器相连接，光准直器内设有第一光通道，在第一光通道内设有准直透镜，光准直器连通有光束切换器，光束切换器设有光闸和可旋转的反射镜，光束切换器连通有输出耦合器，输出耦合器具有第三光通道并设有聚焦透镜，输出耦合器通过输出传能光缆适配头与输出传能光缆相连通。本发明可实现对准连续光纤激光器和半导体激光器的光束时分切换的技术效果。

Description

用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块
技术领域
本发明涉及领域，具体涉及用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块。
背景技术
目前市面上的激光点焊系统大多数是采用YAG固体脉冲激光器。用一台YAG固体脉冲激光器给一台或多台点焊机提供激光脉冲，俗称一拖一、一拖二、一拖三激光点焊机等，已经广泛地应用于激光加工领域。近年来，光纤激光器和半导体激光器凭借电光转换效率高、输出光束质量好、体积小和结构紧凑等优点，已逐步取代工业领域使用的各种气体和固体激光器。特别是准连续(QCW)光纤激光器和半导体激光器，已开始取代电光转换效率不足4％，而且维护成本高的YA G固体脉冲激光器。
由于YAG固体脉冲激光器是直接输出平行光束，需要通过聚焦透镜和反射镜片等，空间耦合到传能光纤。因此可以直接在YAG固体脉冲激光器输出的平行光束之后使用不同的反射镜和耦合机制，就可以实现一拖一、一拖二、一拖三等空分或时分处理方式。而准连续(QCW)光纤激光器和半导体激光器的激光输出是通过传能光纤，要实现一拖几的光束切换，就需要解决光纤输出光束的转换；而且，准连续(QCW)光纤激光器和半导体激光器的输出光纤的数值孔径(NA)一般为0.065～0.22，需要通过光准直器后才可能满足光束切换的要求，这也是目前没有解决的问题。
发明内容
鉴于背景技术的不足，本发明提供一种用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，所要解决的技术问题是准连续光纤激光器和半导体激光器的光纤输出光束的时分光束切换。
为实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：
用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，其特征在于：包括输入传能光缆、光准直器、光束切换器和两个以上的输出耦合器，所述输入传能光缆一端固定安装在输入传能光缆适配头上，所述输入传能光缆适配头安装在所述光准直器的输入端，所述光准直器内设有第一光通道，并在所述第一光通道内设有准直透镜，所述光准直器的输出端连通有所述光束切换器，所述光束切换器具有第二光通道，且在所述第二光通道中依次设有光闸和可旋转的反射镜，所述光束切换器连通有两个以上的所述输出耦合器，每个所述输出耦合器具有第三光通道，且在所述第三光通道中设有聚焦透镜，在所述输出耦合器的输出端设有输出传能光缆适配头，所述输出传能光缆适配头与输出传能光缆相连通。
所述反射镜与马达传动连接。
所述光闸设在所述光束切换器的输入端，并与所述准直透镜相对应。
所述光束切换器上安装有光探测器，所述光探测器安装在所述光闸与所述反射镜之间。
所述输出传能光缆适配头上安装有三维调节座，所述三维调节座与所述输出传能光缆相连接。
所述输入传能光缆适配头的激光出射端与所述准直透镜的焦点相重合。
所述输入传能光缆的光纤芯径小于所述输出传能光缆的光纤芯径。
所述第一光通道与所述第二光通道相连通，所述第二光通道与所述第三光通道相连通。
采用以上技术方案后，本发明的有益效果是：能够对准连续光纤激光器和半导体激光器的输出激光束进行时分光束切换，实现一拖二、一拖三、一拖四等的技术效果。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为第一种实施例的示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为第二种实施例的示意图；
图4为第三种实施例的示意图；
图5为第一种实施例的两个产品在垂直方向上叠加的示意图。
具体实施方式
第一种实施例如图1和图2所示，用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，包括输入传能光缆1、光准直器2、光束切换器3、两个输出耦合器4和与输出耦合器4相连通的输出传能光缆6，具体连接结构如下：
所述输入传能光缆1一端固定安装在与其相匹配的输入传能光缆适配头21上，所述输入传能光缆适配头21安装在所述光准直器2的输入端，所述光准直器2内设有第一光通道，在所述第一光通道内设有准直透镜22，所述输入传能光缆适配头42的激光出射端与所述准直透镜22的焦点相重合，这样能够保证输入传能光缆1输出的传能光纤进入输入传能光缆适配头21后，能够通过准直透镜22平行输出。
所述光准直器2的输出端连通有所述光束切换器3，所述光束切换器3具有与第一光通道相连通的第二光通道，且在所述第二光通道中依次设有光闸31、光探测器33和可旋转的反射镜32，反射镜32的作用是将准直透镜22准直的激光进行反射，其中，所述光闸31设在所述光束切换器3的输入端，并与所述准直透镜42相对应，所述反射镜32与马达5传动连接，马达5可控制反射镜32的旋转，保证其能以指定角度对激光进行反射。光闸31的作用是控制激光出射的关断，光探测器33的作用是通过对光进行收集，来监控光闸31处少量泄露光来检验激光输入光功率。
所述光束切换器3连通有两个所述输出耦合器4，每个所述输出耦合器4具有与第二光通道相通的第三光通道，且在所述第三光通道中设有聚焦透镜41，聚焦透镜41的作用是对反射镜32反射的平行光束进行聚焦。在所述输出耦合器4的输出端设有与输出传能光缆6相匹配的输出传能光缆适配头42，所述输出传能光缆适配头42上安装有三维调节座，所述三维调节座与所述输出传能光缆6相连接，聚焦后的激光通过输出传能光缆适配头42的三维调节座输入到输出传能光缆6中。输出传能光缆6插入到三维调节座后能够进行X、Y、Z轴的三维调节，以此来适配第三光通道内不同规格的聚焦透镜41的焦距，最终实现不同类型的输出光纤光缆的高效率耦合。
由于输入传能光缆1中的光纤的数值孔径一般NA为0.065～0.22，纤芯直径为20～400μm；而输出传能光缆6中的光纤NA需大于等于入射光纤的NA，常见的为0.22、0.37等。输出传能光缆6中的光纤纤芯直径也需大于等于输入光纤纤芯直径，常见的有100μm、200μm、400μm、600μm等。满足以上两个条件，通过选取合适焦距的聚焦透镜，就能够将耦合损失降为最低，使得输出激光功率满足点焊要求。故所述输入传能光缆1的光纤芯径小于所述输出传能光缆6的光纤芯径。
第二种实施例如图3所示，除了所述光束切换器3连通有三个所述输出耦合器4，其余结构和连接关系与第一种实施例相同，能够实现一拖三的技术效果。
第三种实施例如图4所示，除了所述光束切换器3连通有五个所述输出耦合器4，其余结构和连接关系与第一种实施例相同，能够实现一拖五的技术效果。
以此类推，若要实现一拖多的技术效果，只要相应增加所述光束切换器3连通的所述输出耦合器4及输出传能光缆6的数量即可。
除此之外，如图5所示，若要实现多光束同步时分切换点焊功能，将多个本产品在垂直方向进行叠加即可。
综上，本产品能够对准连续光纤激光器和半导体激光器的输出光纤进行时分光束切换，实现一拖二、一拖三、一拖四等的技术效果，通过在垂直方向上叠加多个产品还能实现多光束同步时分切换点焊功能，且不会增加系统所占空间；此外，根据不同类型的输出传能光缆适配头42使用不同类型的输出传能光缆6，以形成不同模式、不同大小光斑的输出激光,可适应不同材料的点焊加工需求，满足日益增长的点焊加工多样化要求。

Claims (8)

1.用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，其特征在于：包括输入传能光缆、光准直器、光束切换器和两个以上的输出耦合器，所述输入传能光缆一端固定安装在输入传能光缆适配头上，所述输入传能光缆适配头安装在所述光准直器的输入端，所述光准直器内设有第一光通道，并在所述第一光通道内设有准直透镜，所述光准直器的输出端连通有所述光束切换器，所述光束切换器具有第二光通道，且在所述第二光通道中依次设有光闸和可旋转的反射镜，所述光束切换器连通有两个以上的所述输出耦合器，每个所述输出耦合器具有第三光通道，且在所述第三光通道中设有聚焦透镜，在所述输出耦合器的输出端设有输出传能光缆适配头，所述输出传能光缆适配头与输出传能光缆相连通。
2.根据权利要求1所述的用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，其特征在于：所述反射镜与马达传动连接。
3.根据权利要求2所述的用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，其特征在于：所述光闸设在所述光束切换器的输入端，并与所述准直透镜相对应。
4.根据权利要求3所述的用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，其特征在于：所述光束切换器上安装有光探测器，所述光探测器安装在所述光闸与所述反射镜之间。
5.根据权利要求4所述的用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，其特征在于：所述输出传能光缆适配头上安装有三维调节座，所述三维调节座与所述输出传能光缆相连接。
6.根据权利要求1所述的用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，其特征在于：所述输入传能光缆的激光出射端面与所述准直透镜的焦点相重合。
7.根据权利要求1所述的用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，其特征在于：所述输入传能光缆的光纤芯径小于所述输出传能光缆的光纤芯径。
8.根据权利要求1所述的用于激光点焊加工系统的单光束时分切换模块，其特征在于：所述第一光通道与所述第二光通道相连通，所述第二光通道与所述第三光通道相连通。
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