CN109894740A - 一种激光聚焦装置及其进行激光聚焦的方法 - Google Patents
一种激光聚焦装置及其进行激光聚焦的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109894740A CN109894740A CN201910294908.0A CN201910294908A CN109894740A CN 109894740 A CN109894740 A CN 109894740A CN 201910294908 A CN201910294908 A CN 201910294908A CN 109894740 A CN109894740 A CN 109894740A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- total reflection
- reflection light
- laser
- light shield
- laser beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
一种激光聚焦装置及其进行激光聚焦的方法，它属于光纤熔接及激光焊接技术领域。解决现有熔接装置使用寿命短，在熔接过程中光照射不均匀，光学材料受热不一致，难以精确控制焊接点大小的问题。激光聚焦装置包括全反射光锥、第一全反射光罩、第二全反射光罩、支撑装置及环形支架。方法：外部激光束直射在全反射光锥前端，并将散射激光束反射至第一全反射光罩内环表面，通过第一全反射光罩内环表面的45°反射环形镜，将散射激光束汇聚成平行激光束，第二全反射光罩内表面的空心聚焦环形镜将平行激光束汇聚至第二全反射光罩的焦点处，或通过音圈电机调节平行激光束汇聚第二全反射光罩焦点处的聚焦角α。
Description
技术领域
本发明属于光纤熔接及激光焊接技术领域。
背景技术
现如今，光纤通信作为一种新型的通信方式在科技生产领域发挥的作用越来越重要。相对于传统的电信号来说光纤通信能够无损的超高速传输大量的信息。
然而，一方面由于实际生产中一盘光纤的长度一般都是在一定的范围之内，通信的距离如果超过了最大的光纤长度不可避免的需要将多盘光纤熔接一起；另一方面因为光纤很细，在大功率大能量激光器输出至光纤端面的单位能量密度过高，容易造成输出端面损毁，所以为避免光纤输出端烧毁，在实际的生产当中会在光纤的端面熔接一个石英端帽，加大在输出端的光斑尺寸，减小单位面积过高的能量密度。市面上常见的光纤与光纤熔接以及光纤与端帽熔接的熔接机常采用石墨电极、钨环等电极设备，通电后产生高温，熔化周围光学材料进行熔接，但电极寿命太短，不适用于工业大批量生产。市面上常规的CO2熔接设备采用多路CO2光聚焦到熔接位置，熔接光学材料，在熔接过程中由于光照射不均匀，光学材料受热不均匀，导致熔接效果较差，缺陷较多。
现如今，激光焊接作为一种新型的焊接工艺在实际的工业生产中发挥的作用越来越重要。所谓的激光焊接就是使用高强度的激光束辐射金属表面，被焊接金属熔化，进而将被焊接的金属焊接在一起。
同样的，相对于光纤熔接来说，激光焊接也需要保证被焊接材料均匀受热。传统的激光焊接难以精确的控制焊接点的大小，如果焊接点过大就难免会对焊接材料产生一定的影响，造成焊接端面不平整，对焊接材料造成不必要的浪费。
综上所述，为了提高装置的使用寿命，与此同时能够实现对加热点均匀加热等一系列功能，无论是光纤熔接还是激光焊接都需要一种激光聚焦装置及利用该装置进行激光聚焦的方法。
发明内容
本发明目的是要解决现有熔接装置使用寿命短，在熔接过程中光照射不均匀，光学材料受热不一致，难以精确控制焊接点大小问题，而提供一种激光聚焦装置及其进行激光聚焦的方法。
一种激光聚焦装置包括全反射光锥、第一全反射光罩、第二全反射光罩、支撑装置及环形支架；
环形支架包括第一圆形侧壁、连接片及第二圆形侧壁，所述的第二圆形侧壁通过连接片同心固定于第一圆形侧壁内部；
支撑装置包括底座、第一支撑部及第二支撑部，第一支撑部及第二支撑部分别位于底座左右两侧；
所述的第一支撑部上设有第一安装孔，第二支撑部上设有第二安装孔，第一安装孔内部延激光束传播方向依次设置第一全反射光罩及环形支架，且所述的全反射光锥设置于第二圆形侧壁内部；
所述的第二安装孔内部设置第二全反射光罩；
所述的全反射光锥的前端为锥角为90°的全反射圆锥镜；所述的第一全反射光罩的内环表面为45°反射环形镜；所述的第二全反射光罩的内环表面为空心聚焦环形镜；
所述的全反射光锥与第一全反射光罩及第二全反射光罩同轴；且所述的全反射光锥的前端设置于第一全反射光罩的激光入口与第一全反射光罩的激光出口之间的中心轴线上。
一种激光聚焦装置进行激光聚焦的方法是按以下步骤进行的：
一、外部激光束通过第一全反射光罩的激光入口射入，直射在全反射光锥的前端，且外部激光束中心轴线与全反射光锥的前端中心轴线相重合；
二、通过全反射光锥将外部激光束均匀反射成散射激光束，并将散射激光束均匀散射至与外部激光束传播方向相垂直的平面上，并反射至第一全反射光罩内环表面；
三、通过第一全反射光罩内环表面的45°反射环形镜，将散射激光束汇聚成平行环形激光束，平行环形激光束穿出第一全反射光罩的激光出口；
四、平行环形激光束通过第二全反射光罩的激光入口射入，直射在第二全反射光罩内表面，通过第二全反射光罩内表面的空心聚焦环形镜，将平行环形激光束汇聚成聚焦光束均匀聚焦至第二全反射光罩的焦点处。
一种激光聚焦装置进行激光聚焦的方法是按以下步骤进行的：
一、外部激光束通过第一全反射光罩的激光入口射入，直射在全反射光锥的前端，且外部激光束中心轴线与全反射光锥的前端中心轴线相重合；
二、通过全反射光锥将外部激光束均匀反射成散射激光束，并将散射激光束均匀散射至与外部激光束传播方向相垂直的平面上，并反射至第一全反射光罩内环表面；
三、通过第一全反射光罩内环表面的45°反射环形镜，将散射激光束汇聚成平行环形激光束，平行环形激光束穿出第一全反射光罩的激光出口；
四、平行环形激光束通过第二全反射光罩的激光入口射入，直射在第二全反射光罩内表面，通过第二全反射光罩内表面的空心聚焦环形镜，将平行环形激光束汇聚成聚焦光束均匀聚焦至第二全反射光罩的焦点处，然后通过音圈电机延第一全反射光罩的激光入口与第一全反射光罩的激光出口之间的中心轴线往复运动，调节聚焦光束汇聚第二全反射光罩焦点处的聚焦角α。
本发明优点：
1、本发明为一种激光聚焦装置及其进行激光聚焦的方法，由于本发明所采用的加热装置是光学组件，并非是传统的电极，从而能够延长装置的使用寿命；
2、由于本发明聚焦是以一定的聚焦角度聚焦，并且是在整个空间均匀的向焦点聚焦，因此能够保证在焦点上的待熔接光纤及待焊接的金属都是在均匀受热的前提下实现熔接及者焊接。当为等直径材料的焊接时，采用聚焦角α＝90°的垂直焊接面焊接，可焊接10mm以内的实心石英玻璃、空心环口径且能穿过空心聚焦环形镜中心的空心金属棒等，外部激光束采用直径为2mm二氧化碳平行光，焊接位置能形成极窄的焊接光环，可对焊接材料进行360°均匀加热焊接，焊接接缝极小，适用于石英光纤及石英端帽的对接焊接，也适用于薄壁金属管的对接焊接。
3、本发明可应用于直径为2mm以下低熔点材质切割，光纤切割，通过极窄的激光环切割光纤，聚焦角α＝90°，可以达到用切割表面的效果。其优点在于激光切割，无刀具损耗，切割效果好等；
4、本发明当对焊缝要求焊接区面积比较大时，外部激光束可采用直径为8mm的二氧化碳平行光，并移动全反射光锥，焊接位置能形成较大的焊接光环，可对焊接材料进行360°均匀焊接，焊接面积较大。当需要高能二氧化碳激光焊接金属材料时，由于镜片单位面积的损伤阈值固定，当需要高能激光时，只能通过加大整体光束直径的方法来实现高能激光焊接，适用于壁厚较厚的金属管对接焊接。
5、当针对于不同直径的材料焊接时，通过调整全反射光锥的位置来实现聚焦角α在5°～85°之间的连续角度调节。根据两个焊件不同的直径比，选择合适焊接角度。其优点在于：
①、不同直径材料，聚焦角α可以避开大直径材料对光束的遮挡；
②、在小直径材料与大直径材料连接处，形成均匀激光加热环进行局部焊接，改变聚焦光束聚焦时的光斑大小，合适的聚焦角α可最大限度的减小焊接激光对未焊接表面的影响；
③、通过第一全反射光罩的激光入口二氧化碳激光直径，可微调焊接位置的光斑大小，以达到最佳焊接效果。
附图说明
图1为本发明激光聚焦装置的结构示意图；
图2为本发明激光聚焦装置的剖视图；
图3为本发明聚焦角α为90°时，外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图；
图4为本发明聚焦角α小于90°时，外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图；
图5为本发明外部激光束在激光聚焦装置内部传播的空间图；
图6为实施例一对壁厚较薄的金属管对接焊接时，外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图；
图7为实施例一对待切割材料切割时，外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图；
图8为实施例一对壁厚较厚的金属管对接焊接时，外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图；
图9为实施例一对石英光纤及石英端帽对接焊接时，外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图；
图10为具体实施方式二激光聚焦装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1及2具体说明本实施方式，本实施方式一种激光聚焦装置包括全反射光锥1、第一全反射光罩2-1、第二全反射光罩2-2、支撑装置3及环形支架；
环形支架包括第一圆形侧壁4-1、连接片4-2及第二圆形侧壁4-3，所述的第二圆形侧壁4-3通过连接片4-2同心固定于第一圆形侧壁4-1内部；
支撑装置3包括底座3-1、第一支撑部3-2及第二支撑部3-3，第一支撑部3-2及第二支撑部3-3分别位于底座3-1左右两侧；
所述的第一支撑部3-2上设有第一安装孔，第二支撑部3-3上设有第二安装孔，第一安装孔内部延激光束传播方向依次设置第一全反射光罩2-1及环形支架，且所述的全反射光锥1设置于第二圆形侧壁4-3内部；
所述的第二安装孔内部设置第二全反射光罩2-2；
所述的全反射光锥1的前端为锥角为90°的全反射圆锥镜；所述的第一全反射光罩2-1的内环表面为45°反射环形镜；所述的第二全反射光罩2-2的内环表面为空心聚焦环形镜；
所述的全反射光锥1与第一全反射光罩2-1及第二全反射光罩2-2同轴；且所述的全反射光锥1的前端设置于第一全反射光罩2-1的激光入口与第一全反射光罩2-1的激光出口之间的中心轴线上。
本具体实施方式所述的全反射光锥1用于改变外部激光束130的传播方向及使该激光束成为发散激光束。
本具体实施方式所述的第一全反射光罩2-1、第二全反射光罩2-2用于将散射激光束103环形聚焦成熔接光斑。
本具体实施方式所述第一安装孔的作用是引入外部激光束130，使该激光束能够照射至全反射光锥1上面，所述第二安装孔的作用在于将待熔接的光纤或者待焊接的金属放置在聚焦光束110的聚焦点上，得以进一步的均匀加热从而完成光纤熔接或者金属的激光焊接。
本具体实施方式所述的空心聚焦环形镜为一个非球面镜，目的是把空心激光柱聚焦成高能量小型圆环。
本具体实施方式优点：
1、本具体实施方式的一种激光聚焦装置及其进行激光聚焦的方法，由于本发明所采用的加热装置是光学组件，并非是传统的电极，从而能够延长装置的使用寿命；
2、由于本具体实施方式聚焦是以一定的聚焦角度聚焦，并且是在整个空间均匀的向焦点聚焦，因此能够保证在焦点上的待熔接光纤及待焊接的金属都是在均匀受热的前提下实现熔接及者焊接。当为等直径材料的焊接时，采用聚焦角α＝90°的垂直焊接面焊接，可焊接10mm以内的实心石英玻璃、空心环口径且能穿过空心聚焦环形镜中心的空心金属棒等，外部激光束130采用直径为2mm二氧化碳平行光，焊接位置能形成极窄的焊接光环，可对焊接材料进行360°均匀加热焊接，焊接接缝极小，适用于石英光纤及石英端帽的对接焊接，也适用于薄壁金属管的对接焊接。
3、本具体实施方式可应用于直径为2mm以下低熔点材质切割，光纤切割，通过极窄的激光环切割光纤，聚焦角α＝90°，可以达到用切割表面的效果。其优点在于激光切割，无刀具损耗，切割效果好等；
4、本具体实施方式当对焊缝要求焊接区面积比较大时，外部激光束130可采用直径为8mm的二氧化碳平行光，并移动全反射光锥1，焊接位置能形成较大的焊接光环，可对焊接材料进行360°均匀焊接，焊接面积较大。当需要高能二氧化碳激光焊接金属材料时，由于镜片单位面积的损伤阈值固定，当需要高能激光时，只能通过加大整体光束直径的方法来实现高能激光焊接，适用于壁厚较厚的金属管对接焊接。
具体实施方式二：结合图10，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的第二圆形侧壁4-3上还设有带动全反射光锥1延第一全反射光罩2-1的激光入口与第一全反射光罩2-1的激光出口之间的中心轴线往复运动的音圈电机4-4，且全反射光锥1设置于音圈电机4-4的动子上。其他与具体实施方式一相同。
本具体实施方式中所述的的音圈电机4-4带动全反射光锥1，可沿第一全反射光罩2-1的激光入口与第一全反射光罩2-1的激光出口之间的中心轴线上往复运动。
本具体实施方式中环形支架的第二圆形侧壁4-3并非是直接固定式的装配有全反射光锥1，而是安装有音圈电机4-4，并在该音圈电机4-4的动子上安装全反射光锥1，当所述音圈电机4-4在沿着外部激光束130传播的方向上传动时一定会带动全反射光锥1一同运动，而全反射光锥1的运动必然会改变聚焦光束110的聚焦角α度，从而微调聚焦光束110熔接效果。。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的全反射光锥1的前端材质为铝制反射镜或镀反射薄膜的反射镜。其他与具体实施方式一或二相同。
本具体实施方式针对不同的激光束类型，全反射光锥1可分为铝制反射镜或者镀反射薄膜的反射镜等情况。
具体实施方式四：结合图3、4及5具体说明本实施方式，本实施方式一种激光聚焦装置进行激光聚焦的方法是按以下步骤进行的：
一、外部激光束130通过第一全反射光罩2-1的激光入口射入，直射在全反射光锥1的前端，且外部激光束130中心轴线与全反射光锥1的前端中心轴线相重合；
二、通过全反射光锥1将外部激光束130均匀反射成散射激光束103，并将散射激光束103均匀散射至与外部激光束130传播方向相垂直的平面上，并反射至第一全反射光罩2-1内环表面；
三、通过第一全反射光罩2-1内环表面的45°反射环形镜，将散射激光束103汇聚成平行环形激光束105，平行环形激光束105穿出第一全反射光罩2-1的激光出口；
四、平行环形激光束105通过第二全反射光罩2-2的激光入口射入，直射在第二全反射光罩2-2内表面，通过第二全反射光罩2-2内表面的空心聚焦环形镜，将平行环形激光束105汇聚成聚焦光束110均匀聚焦至第二全反射光罩2-2的焦点处。
由图3所示，外部激光束130通过过第一全反射光罩2-1的激光入口直射在全反射光锥1的锥角处，该全反射光锥1的锥角为90°。该全反射光锥1将外部激光束130均匀散射至与外部激光束130传播方向相垂直的平面上，形成均匀的散射激光束103。由图所示，散射激光束103被第一全反射光罩2-1反射成与外部激光束130相平行的平行环形激光束105，该平行环形激光束105通过第一全反射光罩2-1的激光出口及第二全反射光罩2-2的激光入口照射至第二全反射光罩2-2上，第二全反射光罩2-2将平行环形激光束105汇聚成聚焦光束110；
如图5所示，表示了外部激光束130经过全反射光锥1的前端反射后再经过第一全反射光罩2-1反射形成了平行环形激光束105。平行环形激光束105再经过第二全反射光罩2-2的反射后形成了聚焦光束110，聚焦光束110再向聚焦光束110的焦点进行聚焦。特别说明的是这种聚焦是以一定的聚焦角度的聚焦，并且是在整个空间均匀的向焦点聚焦的过程，所以能够保证在焦点上的待熔接光纤及待焊接的金属都是在均匀受热的前提下实现熔接及者焊接的。
具体实施方式五：结合图3、4及5具体说明本实施方式，本实施方式一种激光聚焦装置进行激光聚焦的方法是按以下步骤进行的：
一、外部激光束130通过第一全反射光罩2-1的激光入口射入，直射在全反射光锥1的前端，且外部激光束130中心轴线与全反射光锥1的前端中心轴线相重合；
二、通过全反射光锥1将外部激光束130均匀反射成散射激光束103，并将散射激光束103均匀散射至与外部激光束130传播方向相垂直的平面上，并反射至第一全反射光罩2-1内环表面；
三、通过第一全反射光罩2-1内环表面的45°反射环形镜，将散射激光束103汇聚成平行环形激光束105，平行环形激光束105穿出第一全反射光罩2-1的激光出口；
四、平行环形激光束105通过第二全反射光罩2-2的激光入口射入，直射在第二全反射光罩2-2内表面，通过第二全反射光罩2-2内表面的空心聚焦环形镜，将平行环形激光束105汇聚成聚焦光束110均匀聚焦至第二全反射光罩2-2的焦点处，然后通过音圈电机4-4延第一全反射光罩2-1的激光入口与第一全反射光罩2-1的激光出口之间的中心轴线往复运动，调节聚焦光束110汇聚第二全反射光罩2-2焦点处的聚焦角α。
如图4所示，外部激光束130传播至全反射光锥1锥角上。聚焦角α度的变化直接影响聚焦光束110的汇聚，从而微调聚焦光束的熔接效果。
本具体实施方式的优点：
当针对于不同直径的材料焊接时，通过调整全反射光锥1的位置来实现聚焦角α在5°～85°之间的连续角度调节。根据两个焊件不同的直径比，选择合适焊接角度。其优点在于：
①、不同直径材料，聚焦角α可以避开大直径材料对光束的遮挡；
②、在小直径材料与大直径材料连接处，形成均匀激光加热环进行局部焊接，改变聚焦光束110聚焦时的光斑大小，合适的聚焦角α可最大限度的减小焊接激光对未焊接表面的影响；
③、通过第一全反射光罩2-1的激光入口二氧化碳激光直径，可微调焊接位置的光斑大小，以达到最佳焊接效果。
采用下述实施例验证本发明效果，结合图1～5具体说明说明：
实施例一：
一种激光聚焦装置包括全反射光锥1、第一全反射光罩2-1、第二全反射光罩2-2、支撑装置3及环形支架；
环形支架包括第一圆形侧壁4-1、连接片4-2及第二圆形侧壁4-3，所述的第二圆形侧壁4-3通过连接片4-2同心固定于第一圆形侧壁4-1内部；
支撑装置3包括底座3-1、第一支撑部3-2及第二支撑部3-3，第一支撑部3-2及第二支撑部3-3分别位于底座3-1左右两侧；
所述的第一支撑部3-2上设有第一安装孔，第二支撑部3-3上设有第二安装孔，第一安装孔内部延激光束传播方向依次设置第一全反射光罩2-1及环形支架，且所述的全反射光锥1设置于第二圆形侧壁4-3内部；
所述的第二安装孔内部设置第二全反射光罩2-2；
所述的全反射光锥1的前端为锥角为90°的全反射圆锥镜；所述的第一全反射光罩2-1的内环表面为45°反射环形镜；所述的第二全反射光罩2-2的内环表面为空心聚焦环形镜；
所述的全反射光锥1与第一全反射光罩2-1及第二全反射光罩2-2同轴；且所述的全反射光锥1的前端设置于第一全反射光罩2-1的激光入口与第一全反射光罩2-1的激光出口之间的中心轴线上；
所述的第二圆形侧壁4-3上还设有带动全反射光锥1延第一全反射光罩2-1的激光入口与第一全反射光罩2-1的激光出口之间的中心轴线往复运动的音圈电机4-4，且全反射光锥1设置于音圈电机4-4的动子上；
所述的全反射光锥1的前端材质为铝制反射镜。
一种激光聚焦装置进行激光聚焦的方法是按以下步骤进行的：
一、外部激光束130通过第一全反射光罩2-1的激光入口射入，直射在全反射光锥1的前端，且外部激光束130中心轴线与全反射光锥1的前端中心轴线相重合；
二、通过全反射光锥1将外部激光束130均匀反射成散射激光束103，并将散射激光束103均匀散射至与外部激光束130传播方向相垂直的平面上，并反射至第一全反射光罩2-1内环表面；
三、通过第一全反射光罩2-1内环表面的45°反射环形镜，将散射激光束103汇聚成平行环形激光束105，平行环形激光束105穿出第一全反射光罩2-1的激光出口；
四、平行环形激光束105通过第二全反射光罩2-2的激光入口射入，直射在第二全反射光罩2-2内表面，通过第二全反射光罩2-2内表面的空心聚焦环形镜，将平行环形激光束105汇聚成聚焦光束110均匀聚焦至第二全反射光罩2-2的焦点处，然后通过音圈电机4-4延第一全反射光罩2-1的激光入口与第一全反射光罩2-1的激光出口之间的中心轴线往复运动，调节聚焦光束110汇聚第二全反射光罩2-2焦点处的聚焦角α。
全反射光锥1的前端为锥角为90°的全反射圆锥镜，即为45°反射面，其数学方程为：Z1＝r1；式中，Z1为旋转轴，r1为入射光在反射面上的高度；
第一全反射光罩2-1的内环表面为45°反射环形镜，即为45°反射面，其数学方程为：Z2＝r2；式中，Z2为旋转轴，r2为入射光在环形面上的高度；
所述的第二全反射光罩2-2的内环表面为空心聚焦环形镜：反射面面型为旋转对称多项式非球面，其径向坐标的偶次幂数学方程为：
式中：
Z为非球面旋转轴；
c为顶点曲率，为顶点曲率半径的倒数；
r为入射光在非球面上的高度；
k为二次曲线系数，且k＝-e2；
a1、a2、a3及a4为多项式修正系数。
本实施例中列举方案为：k＝-1为抛物面时举例，当k取其他数值时，不一一列举。以上结构示意中通过改变全反射光锥1的位置，可实现在焦点位置不变的前提下，对聚焦角α的调整。通过改变c的数值，可改变聚焦点相对于空心聚焦环形镜的空间位置，以便于合理的选择焊接件的装夹位置。通过改变a1、a2、a3及a4的数值，精密调节最终焦点的光斑大小及校正像差形成较小的熔接光斑。
图6为实施例一对壁厚较薄的金属管对接焊接时，外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图；211为壁厚较薄的金属管；本实施例对壁厚较薄的金属管对接焊接，壁厚为0.5mm～3mm，采用聚焦角α＝90°的垂直焊接面焊接，外部激光束130采用直径为2mm的二氧化碳平行光，焊接位置能形成极窄的焊接光环，可对焊接材料进行360°均匀加热焊接，焊接接缝极小。
图7为实施例一对待切割材料切割时，外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图；221为待切割材料；本实施例对直径为2mm的材质切割，光纤切割，外部激光束130采用直径为2mm的二氧化碳平行光，通过极窄的激光环切割光纤，聚焦角α＝90°，可以达到用切割刀切割的表面效果，无刀具损耗，切割表面效果好等。
图8为实施例一对壁厚较厚的金属管对接焊接时，外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图；231为壁厚较厚的金属管；本实施例对壁厚为5～8mm的金属管对接焊接，焊缝要求焊接区面积较大，外部激光束130可采用直径为8mm的二氧化碳平行光，可对焊接材料进行360°均匀焊接，焊接面积较大。本实施例对于当需要高能二氧化碳激光焊接金属材料时，由于镜片单位面积的损伤阈值固定，当需要高能激光时，只能通过加大整体光束直径的方法来实现高能激光焊接，适用于壁厚较厚的金属管对接焊接。
图9为实施例一对石英光纤及石英端帽对接焊接时，外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图；241为直径为6mm石英端帽，242为直径为400μm石英光纤；本实施例针对于不同直径的材料焊接，直径为6mm石英端帽与直径为400μm光纤的熔接，外部激光束130可采用直径为2mm的二氧化碳平行光，采用聚焦角α＝40°进行焊接。聚焦角α可以避开大直径材料对光束的遮挡；在小直径材料与大直径材料连接处，形成均匀激光加热环进行局部焊接，合适的聚焦角α可最大限度的减小焊接激光对未焊接表面的影响；通过第一全反射光罩2-1的激光入口二氧化碳激光直径，可微调焊接位置的光斑大小，以达到最佳焊接效果。
Claims (5)
1.一种激光聚焦装置，其特征在于一种激光聚焦装置包括全反射光锥(1)、第一全反射光罩(2-1)、第二全反射光罩(2-2)、支撑装置(3)及环形支架；
环形支架包括第一圆形侧壁(4-1)、连接片(4-2)及第二圆形侧壁(4-3)，所述的第二圆形侧壁(4-3)通过连接片(4-2)同心固定于第一圆形侧壁(4-1)内部；
支撑装置(3)包括底座(3-1)、第一支撑部(3-2)及第二支撑部(3-3)，第一支撑部(3-2)及第二支撑部(3-3)分别位于底座(3-1)左右两侧；
所述的第一支撑部(3-2)上设有第一安装孔，第二支撑部(3-3)上设有第二安装孔，第一安装孔内部延激光束传播方向依次设置第一全反射光罩(2-1)及环形支架，且所述的全反射光锥(1)设置于第二圆形侧壁(4-3)内部；
所述的第二安装孔内部设置第二全反射光罩(2-2)；
所述的全反射光锥(1)的前端为锥角为90°的全反射圆锥镜；所述的第一全反射光罩(2-1)的内环表面为45°反射环形镜；所述的第二全反射光罩(2-2)的内环表面为空心聚焦环形镜；
所述的全反射光锥(1)与第一全反射光罩(2-1)及第二全反射光罩(2-2)同轴；且所述的全反射光锥(1)的前端设置于第一全反射光罩(2-1)的激光入口与第一全反射光罩(2-1)的激光出口之间的中心轴线上。
2.根据权利要求1所述的一种激光聚焦装置，其特征在于所述的第二圆形侧壁(4-3)上还设有带动全反射光锥(1)延第一全反射光罩(2-1)的激光入口与第一全反射光罩(2-1)的激光出口之间的中心轴线往复运动的音圈电机(4-4)，且全反射光锥(1)设置于音圈电机(4-4)的动子上。
3.根据权利要求1所述的一种激光聚焦装置，其特征在于所述的全反射光锥(1)的前端材质为铝制反射镜或镀反射薄膜的反射镜。
4.如权利要求1所述的一种激光聚焦装置进行激光聚焦的方法，其特征在于一种激光聚焦装置进行激光聚焦的方法是按以下步骤进行的：
一、外部激光束(130)通过第一全反射光罩(2-1)的激光入口射入，直射在全反射光锥(1)的前端，且外部激光束(130)中心轴线与全反射光锥(1)的前端中心轴线相重合；
二、通过全反射光锥(1)将外部激光束(130)均匀反射成散射激光束(103)，并将散射激光束(103)均匀散射至与外部激光束(130)传播方向相垂直的平面上，并反射至第一全反射光罩(2-1)内环表面；
三、通过第一全反射光罩(2-1)内环表面的45°反射环形镜，将散射激光束(103)汇聚成平行环形激光束(105)，平行环形激光束(105)穿出第一全反射光罩(2-1)的激光出口；
四、平行环形激光束(105)通过第二全反射光罩(2-2)的激光入口射入，直射在第二全反射光罩(2-2)内表面，通过第二全反射光罩(2-2)内表面的空心聚焦环形镜，将平行环形激光束(105)汇聚成聚焦光束(110)均匀聚焦至第二全反射光罩(2-2)的焦点处。
5.如权利要求2所述的一种激光聚焦装置进行激光聚焦的方法，其特征在于一种激光聚焦装置进行激光聚焦的方法是按以下步骤进行的：
一、外部激光束(130)通过第一全反射光罩(2-1)的激光入口射入，直射在全反射光锥(1)的前端，且外部激光束(130)中心轴线与全反射光锥(1)的前端中心轴线相重合；
二、通过全反射光锥(1)将外部激光束(130)均匀反射成散射激光束(103)，并将散射激光束(103)均匀散射至与外部激光束(130)传播方向相垂直的平面上，并反射至第一全反射光罩(2-1)内环表面；
三、通过第一全反射光罩(2-1)内环表面的45°反射环形镜，将散射激光束(103)汇聚成平行环形激光束(105)，平行环形激光束(105)穿出第一全反射光罩(2-1)的激光出口；
四、平行环形激光束(105)通过第二全反射光罩(2-2)的激光入口射入，直射在第二全反射光罩(2-2)内表面，通过第二全反射光罩(2-2)内表面的空心聚焦环形镜，将平行环形激光束(105)汇聚成聚焦光束(110)均匀聚焦至第二全反射光罩(2-2)的焦点处，然后通过音圈电机(4-4)延第一全反射光罩(2-1)的激光入口与第一全反射光罩(2-1)的激光出口之间的中心轴线往复运动，调节聚焦光束(110)汇聚第二全反射光罩(2-2)焦点处的聚焦角α。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910294908.0A CN109894740A (zh) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | 一种激光聚焦装置及其进行激光聚焦的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910294908.0A CN109894740A (zh) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | 一种激光聚焦装置及其进行激光聚焦的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109894740A true CN109894740A (zh) | 2019-06-18 |
Family
ID=66954758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910294908.0A Pending CN109894740A (zh) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | 一种激光聚焦装置及其进行激光聚焦的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109894740A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110303241A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-10-08 | 哈尔滨理工大学 | 一种激光聚焦的装置及进行激光聚焦的方法 |
| CN111014946A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-04-17 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 水导激光加工装置和加工系统 |
| CN112058807A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-11 | 江苏大学 | 一种航空发动机外包皮的卧式激光清洗装置 |
| WO2024098648A1 (zh) * | 2022-11-10 | 2024-05-16 | 泉州师范学院 | 一种精密激光深孔加工装置及加工方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010063132A1 (de) * | 2008-12-03 | 2010-06-10 | Cosmobrain Ag | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von rohrabschnitten unter verwendung eines durch eine scaneinrichtung bewegbaren laserstrahles; entsprechender rohrabschnitt |
| CN101733550A (zh) * | 2010-01-09 | 2010-06-16 | 苏州大学 | 一种送丝送粉复合激光熔覆成形方法及装置 |
| CN205166175U (zh) * | 2015-11-17 | 2016-04-20 | 北华航天工业学院 | 一种空心圆环光束直径调节装置 |
| CN105710532A (zh) * | 2014-12-03 | 2016-06-29 | 苏州天弘激光股份有限公司 | 送粉焊接装置 |
| CN105891958A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-08-24 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种大行程高扫描频率光纤延迟线 |
| CN107127466A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-09-05 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种激光切割反射光聚光装置及系统 |
| CN109001863A (zh) * | 2018-09-07 | 2018-12-14 | 广东国志激光技术有限公司 | 一种环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法 |
| CN109001862A (zh) * | 2018-09-07 | 2018-12-14 | 广东国志激光技术有限公司 | 一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法 |
| CN109226969A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-01-18 | 苏州大学 | 去毛刺激光头和应用其的激光去毛刺装置 |
-
2019
- 2019-04-12 CN CN201910294908.0A patent/CN109894740A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010063132A1 (de) * | 2008-12-03 | 2010-06-10 | Cosmobrain Ag | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von rohrabschnitten unter verwendung eines durch eine scaneinrichtung bewegbaren laserstrahles; entsprechender rohrabschnitt |
| CN101733550A (zh) * | 2010-01-09 | 2010-06-16 | 苏州大学 | 一种送丝送粉复合激光熔覆成形方法及装置 |
| CN105710532A (zh) * | 2014-12-03 | 2016-06-29 | 苏州天弘激光股份有限公司 | 送粉焊接装置 |
| CN205166175U (zh) * | 2015-11-17 | 2016-04-20 | 北华航天工业学院 | 一种空心圆环光束直径调节装置 |
| CN105891958A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-08-24 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种大行程高扫描频率光纤延迟线 |
| CN107127466A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-09-05 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种激光切割反射光聚光装置及系统 |
| CN109001863A (zh) * | 2018-09-07 | 2018-12-14 | 广东国志激光技术有限公司 | 一种环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法 |
| CN109001862A (zh) * | 2018-09-07 | 2018-12-14 | 广东国志激光技术有限公司 | 一种多点环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法 |
| CN109226969A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-01-18 | 苏州大学 | 去毛刺激光头和应用其的激光去毛刺装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110303241A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-10-08 | 哈尔滨理工大学 | 一种激光聚焦的装置及进行激光聚焦的方法 |
| CN111014946A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-04-17 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 水导激光加工装置和加工系统 |
| CN112058807A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-11 | 江苏大学 | 一种航空发动机外包皮的卧式激光清洗装置 |
| WO2024098648A1 (zh) * | 2022-11-10 | 2024-05-16 | 泉州师范学院 | 一种精密激光深孔加工装置及加工方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109894740A (zh) | 一种激光聚焦装置及其进行激光聚焦的方法 | |
| JP6602860B2 (ja) | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 | |
| CN108044231A (zh) | 一种同轴光路的激光焊接头 | |
| JPH0431096B2 (zh) | ||
| CN101868321A (zh) | 用于激光加工的装置和方法 | |
| CN109188609A (zh) | 一种光纤端帽熔接系统及熔接方法 | |
| WO2021027206A1 (zh) | 一种同轴双激光电弧复合焊接装置及方法 | |
| CN103809246B (zh) | 光纤端帽熔接装置及其熔接方法 | |
| CN107584211A (zh) | 一种基于高速扫描振镜的大功率激光焊接系统及其焊接方法 | |
| CN112975132A (zh) | 一种焊点可调节的激光焊接器 | |
| CN205581344U (zh) | 光纤端帽激光熔接装置 | |
| CN110977159A (zh) | 一种形成环形光斑的激光光路组件 | |
| CN114393297A (zh) | 光纤激光器环形光斑和半导体激光器双波长复合焊接头 | |
| CN110303241A (zh) | 一种激光聚焦的装置及进行激光聚焦的方法 | |
| CN111736355A (zh) | 一种基于微透镜组可调能量分布光学系统 | |
| CN100451702C (zh) | 粗芯光纤激光焊接器及焊接方法 | |
| CN203745677U (zh) | 光纤端帽熔接装置 | |
| CN207787973U (zh) | 一种同轴光路的激光焊接头 | |
| CN207326178U (zh) | 一种基于楔形镜扫描光内同轴送丝激光加工光学系统 | |
| CN113770514B (zh) | 激光整合装置、激光焊接装置及激光焊接方法 | |
| CN215432034U (zh) | 一种焊点可调节的激光焊接器 | |
| JP2018510785A (ja) | レーザー処理のための導光性溶加材 | |
| JP5737900B2 (ja) | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 | |
| CN102522701B (zh) | 一种火花塞侧电极贵金属的激光焊接方法 | |
| CN205393794U (zh) | 一种用于激光夹持点焊的环绕焊接头 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190618 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |